«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Р. И. ЛИ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

« ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Р. И. ЛИ

ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортнотехнологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Наземные транспортно-технологические средства»

Липецк Липецкий государственный технический университет УДК 631.3.004.67 (075.8) ББК Л Рецензенты:

Серебряков, В.В. – к.т.н., профессор кафедры «Автомобили и тракторы»

Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ).

Галышев Ю.В. д-р техн. наук

, профессор, зав. кафедрой «Двигатели, автомобили и гусеничные машины» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Ли, Р. И.

Л 55 Технологии восстановления и упрочнения деталей автотракторной техники [Текст] : учеб. пособие / Р.И. Ли. - Липецк : Изд-во ЛГТУ, 2014. 379 с.

ISBN Рассмотрены традиционные и перспективные способы восстановления, особенности механической обработки деталей при восстановлении, приведена методика выбора рационального способа восстановления. Приведены обобщенные данные из технической литературы последних лет и материалов международных конференций по проблеме «Надежность и ремонт машин», отдельные результаты научных исследований отечественных и зарубежных ученых при разработке технологий восстановления и упрочнения.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки (специальности) 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» дневной и очно-заочной форм обучения.

Табл. : 73 ; Ил. : 136 ; Библиогр. : ISBN © ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..…………………………………………………………………………… 1. Восстановление деталей. Зарубежный и отечественный опыт...…………….. 2. Физические основы надежности...…………….………………………………. 2.1. Причины нарушения работоспособности машин.………………………….. 2.2. Виды и характеристика изнашивания...……...………………..……………. 2.3. Повреждения деталей машин и меры их предупреждения.…..…………… 3. Классификация способов восстановления.…..……………………………….. 4. Ручная сварка и наплавка.………………………..…………………………….. 4.1. Ручная дуговая сварка……………………………..………………….……… 4.2. Газовая сварка и наплавка………..………………..………………………… 4.3. Понятие о свариваемости…………………………….……………………… 4.3.1. Свариваемость сталей..…………………………….………………………. 4.4. Сварка черных и цветных металлов…………………….…………………... 4.4.1. Сварка сталей..……………………………………………………………… 4.4.2. Сварка чугуна..……………………………………………………………… 4.4.3. Сварка деталей из алюминия и его сплавов…….………………………… 4.4.4. Сварка меди, латуни и бронзы..……………………………………………. 5. Механизированные способы наплавки..……………………………………... 5.1. Механизированные дуговые способы наплавки..……….………………… 5.1.1. Наплавка под слоем флюса…..…………………………………………… 5.1.2. Вибродуговая наплавка…….……………………………………………… 5.1.3. Наплавка в среде защитных газов.………………………………………... 5.1.4. Наплавочные материалы.………………………………………………….. 5.1.5. Техника механизированной наплавки..…………………………………… 5.1.6. Плазменная наплавка (наплавка сжатой дугой)..………………………… 5.2. Бездуговые способы наплавки..……………………………………………... 5.2.1. Электрошлаковая наплавка..………………………………………………. 5.2.2. Индукционная наплавка...………………………………………………... 5.2.3. Металлизация...…………………………………………………………… 5.2.4. Электроконтактное напекание металлических порошков……………... 6. Восстановление изношенных деталей гальваническими Покрытиями.…………………………………………………………………….. 6.1. Сущность электролитического осаждения металлов……………………. 6.2. Подготовка деталей к нанесению гальванических покрытий…………… 6.3. Железнение………………………………………………………………….. 6.4. Хромирование………………………………………………………………. 6.5. Обработка деталей после наращивания..…………………………………. 7. Восстановление изношенных деталей полимерными материалами……… 7.1. Ремонт корпусных деталей, имеющих трещины и пробоины, эпоксидными композициями……………………………………………….…... 7.2. Крепление фрикционных накладок к деталям синтетическими клеями.………………………………………………………… 8. Восстановление деталей диффузионной металлизацией.………………….. 9. Восстановление деталей поверхностно-пластическим деформированием……………………………………………………………….. 10. Современные технологии восстановления...………………………………. 10.1. Металлизация...…………………………………………………………….. 10.2. Импульсно-плазменное упрочнение....…………………………………… 10.3. Электролитно-плазменное упрочнение...………………………………… 10.4. Микродуговое оксидирование…………………………………………….. 10.5. Упрочнение восстановленных деталей машин статико-импульсной обработкой.………………………………………………. 10.6. Холодное железнение периодическим током...….………………………. 10.7. Комбинированная технология восстановления и упрочнения деталей последовательным железоборированием……...……………………… 10.8. Восстановление гильз цилиндров гальваноконтактным осаждением композитных покрытий…....……………………………………….. 10.8.1. Технология восстановления гильз гидроцилиндров гальваноконтактным осаждением композитных покрытий на основе хрома....………………………………………………………………… 10.8.2. Технология восстановления гильз цилиндров двигателей гальваноконтактным осаждением композитных покрытий на основе железа...…………….……………………………………………………………… 10.9. Современные технологии применения полимерных материалов при восстановлении деталей машин...………………………………………….. 10.9.1 Восстановление подшипников скольжения типа «втулка», «вкладыш», «шестерня» полимерными композиционными наноматериалами...……………………………………………………………..... 10.9.2 Восстановление посадочных мест подшипников полимерными материалами.…………………………………………………….. 11. Механическая обработка резанием восстанавливаемых деталей....……… 11.1. Выбор технологических баз при восстановлении деталей.……………... 11.2. Расчет режимов механической обработки..………………………………. 11.2.1. Выбор режимов резания при шлифовании..……………………………. 11.2.2 Выбор режимов резания при токарной обработке...……………………. 11.2.3. Выбор режимов фрезерования.…..……………………………………… 11.3. Электрохимические методы обработки деталей..………………………... 12. Выбор рационального способа восстановления.…..……………………….. Библиографический список...……………………………………………………. Приложения..………………………………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Конкурентоспособность отечественной продукции на мировом рынке в значительной мере определяется ее ценой. Значительную долю в формировании цены продукции составляют затраты на поддержание автотракторной техники в работоспособном состоянии.

Поступающая на рынок отечественная сельскохозяйственная техника, за исключением тракторов Петербургского тракторного завода и зерноуборочных комбайнов «Ростсельмаш», имеет низкие технико-эксплуатационные показатели и недостаточную надежность. Заводы выпускают в основном морально устаревшую технику, разработанную еще 30…40 лет назад, по этой причине сельхозтоваропроизводители вынуждены применять упрощенные технологии, которые по производительности в 10…15 раз ниже, чем в передовых странах мира.

В конечном итоге имеют место недопустимо большие потери продукции, которые являются серьезным негативным фактором низких экономических показателей отрасли. Например, ежегодные потери зерна достигают 15 млн. т, мяса – свыше 1 млн. т, молока – около 7 млн. т и т.д. [1] Отсутствие по ряду позиций техники конкурентоспособного отечественного предложения вынуждает сельхозтоваропроизводителей покупать импортную. Спрос на нее растет: в 2007 г. импорт тракторов возрос к 2006 г. на 182%, зерноуборочных комбайнов – 160, запчастей – 173% [2].

Рынок сельхозтехники в России в 2007 г. составил, тыс.шт.: по тракторам сельхозназначения – 35,9 (импорт – 28,5), в том числе из Белоруссии (Минский тракторный завод) – 20,4, отечественных лишь – 7,5; по зерноуборочным комбайнам – 71,6, в том числе отечественных – 4,5 (импортных – 2,6 ).

Подобная ситуация складывается и с большегрузным автомобильным транспортом.

Импортная автотракторная техника отличается высокой производительностью, функциональностью и надежностью, повышенным уровнем комфорта, однако по истечении определенного срока эксплуатации закономерно возникают отказы и этом случае владелец техники сталкивается с фактом, что стоимость запасных частей и ремонта значительно превышает отечественные аналоги. Учитывая то, что дорогая импортная техника приобретается в основном в лизинг, затраты на ее поддержание в работоспособном состоянии серьезно усугубляют финансовое положение владельцев.

Серьезные негативные последствия может вызвать большая разномарочность закупаемой техники, например тракторы 150 моделей приобретаются у 12 фирм-производителей. Это создает трудности в обеспечении запчастями и техническом сервисе.

Восстановление изношенных деталей позволяет значительно снизить затраты на ремонт машин и оборудования, повысить его надежность. Опыт передовых предприятий показывает, что восстановление изношенных деталей современными прогрессивными технологиями позволяет значительно сократить простои машин и оборудования, увеличить межремонтный срок службы, уменьшить расход запасных частей. Накоплен значительный положительный мировой и отечественный опыт восстановления изношенных деталей, восстановительного ремонта и модернизации подержанной автотракторной и иной техники. Бизнес в этой области постоянно развивается и имеет большую перспективу в России.

С учетом этого в учебном пособии описаны традиционные и перспективные способы восстановления, особенности механической обработки деталей при восстановлении, приведена методика выбора рационального способа восстановления. В учебном пособии обобщены данные из технической литературы последних лет и материалы международных конференций по проблеме «Надежность и ремонт машин», приведены отдельные результаты научных исследований отечественных и зарубежных ученых при разработке технологий восстановления и упрочнения.

1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ. ЗАРУБЕЖНЫЙ

И ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ

Доля восстанавливаемых деталей в развитых зарубежных странах достигает 30-35% в общем объеме потребления запасных частей [1]. Международной Ассоциацией восстановителей автомобилей и их агрегатов (APRA) издана книга «Восстановление электроники и механических узлов автомобилей», в которой отмечено, что в настоящее время в Европе на каждые 200 млн автомобилей ежегодно продается 20 млн восстановленных, а в США – 60 млн. По данным APRA рынок продаж восстановленных автомобилей для Европы к г. оценивается в 300 млн шт., полный европейский объем ремонта к 2015 г.

достигнет 30 млн ед. В сравнении с 2000 г. это объем ремонта увеличится в раза. Так называемое «автомобильное послепродажное обслуживание» (бизнес автомобильного ремонта и поставок запасных частей) имеет большой объем.

По продажам этот бизнес составляет 600 млрд евро (850 млрд $), что составляет около одной трети размера автомобильного бизнеса.

Вторичный автомобильный рынок обеспечивает в три раза больше прибыли, чем продажа новых автомобилей в автомобильном бизнесе.

Концерн «BayWa» является одним из крупнейших предприятий в Европе, предлагающих подержанные машины. На складах постоянно имеются в наличии до 3500 различных подержанных машин. Предлагаемые машины проходят проверку в мастерских. Снабжение запасными частями проводится через центр запасных частей. Передача машин и инструктаж по ним обеспечиваются специалистами концерна. Центральный склад запасных частей в Швайнфурте обеспечивает не только готовность к поставке предприятиям «BayWa» и клиентам, но также обеспечивает поставку за рубеж. Если трактор или зерноуборочный комбайн откажет в горячую пору, то сервис оказывается не только днем, но и круглосуточно – через систему «ночной экспресс».

Увеличение объемов восстановления деталей это мировая тенденция. Высокие объемы восстановления деталей имеют место в Северной Америке и Европе. В Соединенных Штатах восстановление деталей проводят с 1940 г., в Англии с 1945 г., в Германии с 1947 г.

В Европе темпы развития восстановления деталей ниже, однако в последние годы популярность восстановленных деталей возрастает. Перспективным направлением является восстановление деталей компрессоров, кондиционеров, автоматических трансмиссий и другого оборудования, которым оснащают современные европейские автомобили.

Дальнейший рост ожидается для большегрузного наземного транспорта и спецтранспорта, для восстановления деталей машин, при котором изделиям возвращаются первоначальные характеристики надежности используя перспективные технологии. Например, в США ряд компаний восстанавливает и модернизирует изношенную технику военного и гражданского назначения, в том числе тракторы. Модернизации при ремонте в основном подлежат электрооборудование, дизельные двигатели, компрессоры. В больших объемах этой работой занимается компания «Caterpillar» (США). При полной модернизации на заводе максимально используют восстановленные детали. В стоимости нового дизельного двигателя 70 % приходится на комплектующие и материалы и 30 % на зарплату рабочим. В восстановленном двигателе на долю деталей и материалов приходится 40% стоимости, а цена составляет около половины цены нового двигателя. Существенный вклад в работу завода вносят сотрудники созданного при нем научно-исследовательского центра. Ими разработаны процессы напыления алюминиевого порошка на головку цилиндров и заварки трещин блока цилиндров двигателя, а также способ восстановления деталей с помощью лазера и технология ремонта форсунок топливных насосов, которые раньше утилизировали.

В США восстановление деталей автомобилей регламентируется Директивами Федеральной торговой комиссии (FTC) по восстановлению изделий автомобильной промышленности. Директивы относятся ко всем компаниям по восстановлению деталей, а также к оптовым и розничным торговцам, занимающимся продажей восстановленных и подержанных изделий. В них сформулированы три основных правила.

1. Компания обязана подтвердить, что изделие подержанное или имеет подержанные детали. Нельзя искажать факты, связанные со степенью амортизации изделия.

2. Необходима идентификация компаний, занимающихся модернизацией, ремонтом или восстановлением изделий. Недопустимо искажение фактов о ее деятельности. Не разрешается продавать деталь, идентифицируемую с первоначальной фирмой-изготовителем, не раскрывая того факта, что она была восстановлена другой компанией.

3. Обязательно информирование покупателей относительно состояния изделия или объема проведенного ремонта.

В США действует Ассоциация производителей модернизированных автомобильных деталей (APRA), которая имеет свой устав.

Работа каждого подразделения ассоциации организована в соответствии с реламентом, отражающим его деятельность.

Перечень деталей, которые восстанавливают на предприятиях ассоциации многообразен. В него входят детали механических и гидравлических агрегатов, электрических стартеров и генераторов. После восстановления детали комплектуют, собирают в узлы и тщательно испытывают. Отремонтированные узлы и агрегаты поставляются клиенту с гарантией и возможностью последующего сервиса.

Расширение номенклатуры восстанавливаемых деталей – одна из важнейших проблем, которой заняты основные фирмы большинства стран, производящие дорожно-строительную и сельскохозяйственную технику, грузовые автомобили. Например, на одном из крупных предприятий компании «Катерпиллар» создан специализированный участок восстановления наплавкой ходовой части гусеничных тракторов. Ежегодно восстанавливают более 1500 полотен гусениц. На участке организовано восстановление поддерживающих роликов. Дилер выдает гарантию на восстановление детали, ресурс которой равен ресурсу новой.

В Чикаго работает специализированный завод фирмы «Интернейшнл Харвестер» для восстановления деталей и узлов тракторов. Ресурс узлов и деталей, восстановленных на заводе, не ниже ресурса новых, а стоимость восстановления не превышает 25% стоимости изготовления. Отпускная цена восстановленных узлов и деталей составляет около 80% цены новых.

Опыт фирмы «Интернейшнл Харвестер» получил распространение, так как приносит значительную прибыль. Многие фирмы создают поточные линии восстановления деталей на своих ремонтных заводах.

В США функционируют небольшие узкоспециализированные мастерские численностью персонала до 10 человек. В них восстанавливают детали ограниченной номенклатуры с использованием современного оборудования и технологических процессов с высокой степенью механизации и автоматизации, что позволяет выпускать высококачественные и дешевые детали.

В Англии основной объем изношенных деталей восстанавливают на специализированных агрегатно-ремонтных предприятиях. Например, на заводе «Лондон Транспорт Борд» (предприятие средней мощности) восстанавливают детали и ремонтируют различные агрегаты грузовых автомобилей и автобусов.

Характерная особенность восстановления: тщательная дефектация изношенных деталей и обязательный контроль восстановленных деталей перед сборкой, который проводят с применением современных контрольно-измерительных средств. В итоге обеспечивается высокое качество отремонтированных узлов и агрегатов.

Подобным образом организовано восстановление деталей на другом специализированном авторемонтном заводе, принадлежащем фирме «Лондон Транспорт Чизуик Уоркс». Стоимость отремонтированных двигателей составляет 60%, коробок скоростей – 25, задних мостов – 30% стоимости новых при 90%-ном ресурсе.

Поточные линии применяют на заводах с большим объемом ремонта узлов и агрегатов. На мотороремонтном заводе английской фирмы «Бинз Индастриз Лимитед» с годовой мощностью около 60 тыс. дизелей и карбюраторных двигателей типа «Форд» на специализированных поточных линиях восстанавливают блоки цилиндров, головки блоков, коленчатые и распределительные валы, шатуны, гильзы, маховики и другие дорогостоящие детали. Аналогично восстанавливают детали на специализированных заводах компании «Перкинс»

и др.

Сбор изношенных деталей проводят следующим образом: через широкую сеть дилеров, путем обмена отказавших или требующих ремонта агрегатов новыми или отремонтированными, путем продажи мелкими ремонтными предприятиями крупным заводам или специализированным на восстановлении деталей фирмам изношенных дорогостоящих деталей, годных к восстановлению.

Дилеры создают поставщикам ремфонда стимул сдачи тем, что при продаже новых запасных частей или узлов снижают цены на 20-25%. Такая форма сбора деталей очень распространена в США и других странах. В частности, ее используют американские фирмы «Катерпиллар» и «Интернейшнл Харвестер», германская фирма «Даймлер-Бенц» и др.

Во многих странах все шире применяют замену узлов, агрегатов и машин в случае их отказа или потребности в ремонте. При таком методе сбора ремонтного фонда фирмы заинтересовывают фермеров и других клиентов тем, что простои машин и оборудования сокращаются до минимума. Весь ремонтный фонд остается на специализированных предприятиях и используется для восстановления деталей.

Крупные специализированные ремонтные заводы компаний «Лукас» и «Паркинс» (Англия), «Бош» (Германия), «Барлиет» (Франция) и других производства обеспечиваются ремонтным фондом за счет узлов и агрегатов, ремонтируемых на этих заводах.

В Японии вопросами восстановления изношенных деталей занимается фирма «Марума». Она разрабатывает оборудование для восстановления деталей гусеничных тракторов (звенья гусеницы, башмаки, поддерживающие и опорные катки, направляющие колеса).

В Германии восстановление деталей широко применяется на заводе по ремонту дизельных двигателей фирмы «Даймлер-Бенц» для грузовых автомобилей (г. Маннгейм). Метод ремонта – поточный, обезличенный, на двух линиях – для рядных двигателей и V- образных. Дизели поступают в ремонт со средним пробегом 300-500 тыс. км.

Гильзы цилиндров, поршни, поршневые пальцы и кольца, вкладыши подшипников, направляющие и седла клапанов, прокладки не восстанавливают и заменяют новыми. Блок-картеры, коленчатые валы, шатуны, маховики, головки цилиндров дефектуют. Порядка 20-30% вышеназванных деталей подлежат утилизации, остальные восстанавливают. В производстве используют прогрессивные технологии восстановления, включая различные виды наплавки и электродуговую металлизацию.

Анализ технической информации показывает, что за рубежом намечается тенденция модернизации техники, бывшей в эксплуатации. Например, полная модернизация устаревшей техники широко практикуется на предприятиях американской военной промышленности. По оценке профессора Н. Насира (Рочестерский технологический институт), Пентагон ежегодно расходует на полную модернизацию самолетов, танков, бронированных машин и другой военной техники около 15 млрд долл.

Зарубежные эксперты считают, что быстрый рост цен на природные ресурсы и их истощение, а также принятие законов по охране окружающей среды будут способствовать дальнейшему росту числа компаний, которые будут заниматься модернизацией изношенной техники.

Изменение конструкции машины с целью улучшения ее качества должно осуществляться в следующей последовательности:

1. Формируется предложение по изменению конструкции с целью улучшения качества функционирования машины (снижение потерь расхода топлива; повышение производительности, показателей надежности, комфортности).

2. После обоснования предложения и доказательства его безопасности, технической, технологической и экономической эффективности формируется бизнес- план на модернизацию машины.

При необходимости выполняется разработка конструкторской документации на детали и составные части машины, необходимые для модернизации.

4. Изготавливают опытные образцы составных частей или приобретают новые комплектующие части. Опытный образец машины подготавливают к испытанию.

В СССР каждый субъект Российской Федерации с развитым сельским хозяйством имел в системе «Союзсельхозтехника» сеть ремонтных заводов и специализированных мастерских для капитального ремонта тракторов, автомобилей, комбайнов, двигателей, цеха для ремонта агрегатов топливной аппаратуры, гидросистем, автотранспортного электрооборудования, восстановления изношенных деталей. Предприятия были специализированы по маркам и типам машин и агрегатов и полностью удовлетворяли потребности колхозов и совхозов и других сельских предприятий в ремонте техники. В годы реформирования экономики из-за низкой платежеспособности сельскохозяйственные предприятия полностью отказались от услуг по капитальному ремонту полнокомплектных тракторов, комбайнов и автомобилей, шасси тракторов. Предприятия законсервированы, перепрофилированы или закрыты. Заказы на капитальный ремонт двигателей уменьшились в 5…10 раз, на другие узлы, агрегаты – в 2… раза, многократно уменьшились объемы восстановления изношенных деталей [2].

В Новосибирской области ремонт сложной техники в специализированных мастерских выполняют агрегатным методом, капитальный ремонт полнокомплектных машин в РТП не проводится [1]. В Омской области ремонт энергонасыщенных тракторов выполняют в двух специализированных предприятиях. В первом ремонтирует двигатели ЯМЗ-238, ЯМЗ-240Б и другие модели, во втором – полнокомплектные тракторы К-700 и их модификации. Сельскохозяйственные предприятия собственными силами выполняют до 70% общего объема ремонта сельскохозяйственной техники области. Крупные сельскохозяйственные предприятия, которые имеют типовые ремонтные мастерские, полностью ремонтируют и обслуживают всю свою технику.

В Ростовской области четыре ремонтных предприятия специализируются на капитальном ремонте полнокомплектных тракторов Владимирского моторотракторного завода, Кировского, Харьковского и Минского тракторных заводов. В ремонтных мастерских финансово устойчивых сельскохозяйственных предприятий выполняют капитальный и текущий ремонт собственной техники и агрегатов.

В Рязанской области из 25 ранее действовавших ремонтно-технических предприятий остались два: Рыбновское и Сасовское РТП. Рыбновское РТП выполняет капитальный ремонт полнокомплектных тракторов Минского, Владимирского и Липецкого тракторных заводов, Южного машиностроительного завода, кормоуборочных комбайнов «Полесье» и агрегатов указанных машин.

Сасовское РТП осуществляет капитальный ремонт полнокомплектных гусеничных тракторов ДТ- 75, колесных Т-150К, К-700, К-701 и агрегатов к ним (КПП, мосты, рамы), двигателей Алтайского, Харьковского и Ярославского моторных заводов.

В Кировской области функционируют все ранее существовавшие восемь специализированных ремонтных заводов. Нолинский завод ремонтирует все автомобильные двигатели отечественного производства, заключает договоры с фирмой «Мерседес» и другими на гарантийное обслуживание новых автомобилей, поступивших в область. Пасеговский ремонтный завод, Кировский авторемонтный и Яранский машиностроительный заводы ремонтируют тракторные и автомобильные дизельные двигатели, Кирово-Чепецкий РМЗ - агрегаты тракторов Т-170, Т-130, Т-150К, К-700 и их модификации. Слободская «Агропромтехника» оказывает различные услуги хозяйствам по ремонту и обслуживанию агрегатов и узлов. Малмышский ремонтный завод перепрофилирован на капитальный ремонт двигателей ЯМЗ всех модификаций и агрегатов сельхозмашин. Зерно-, кормоуборочные комбайны и сельскохозяйственные машины хозяйства ремонтируют собственными силами в своих ремонтных мастерских.

На Международной специализированной выставке сельхозтехники в России «Агросалон-2009», которая проходила 16-19 ноября 2009 г. в МВЦ «Крокус Экспо» был представлен передовой опыт по техническому сервису машин в группе компаний «Подшипник», которая расположена в Краснодарском крае.

В структуру Группы компаний «Подшипник» входят: Торговый дом «Гомсельмаш-Юг», Предприятие ТВЦ «Сельхозтехника», Торговый дом «ХТЗ», ООО Авторемонтный завод «Подшипник», РТП «УстьЛабинсктехсервис», ЗАО ТД «Подшипник». Производственные подразделения Группы компаний «Подшипник» осуществляют восстановление и модернизацию комбайнов «Дон», тракторов ХТЗ и «Кировец», автомобилей КамАЗ. В основе производства лежит принцип восстановления дорогостоящих корпусных деталей (рамы, каркасы кабины, корпуса КПП и мостов) и полной замены на новые деталей и узлов, подверженных интенсивному изнашиванию (двигатели, детали трансмиссии, рабочие органы, гидравлика, электрооборудование, облицовка, шины). Каждая единица техники проходит полный сборочный цикл – от рамы до готовой машины, который заканчивается тщательной обкаткой под наблюдением отдела технического контроля. При восстановлении техники производится ее модернизация: устаревшие модели двигателей меняются на современные; устанавливается усовершенствованная, эффективная система очистки зерна на комбайнах; кабины теплоизолируются и комплектуются кондиционерами. Производственная деятельность предприятия лицензирована.

На восстановленную технику предоставляется гарантия в течение одного года, а ее технический ресурс составляет не менее пяти лет. Группе компаний «Подшипник» дано право на продвижение продукции следующих предприятий:

«Харьковский тракторный завод им. С. Орджоникидзе», «Червона Зирка», «Amazone», «Farmet» и многих других.

Группа компаний «Подшипник» особое внимание уделяет гарантийному и постгарантийному сервису техники. На закрепленных территориях в созданных торговых центрах квалифицированные специалисты производят обкатку и наладку техники, устраняют выявленные дефекты, консультируют клиентов по вопросам правильной эксплуатации и обслуживания приобретаемой техники. На предприятии действует система качества, поэтому потребитель получает полностью подготовленную к эксплуатации технику с фирменной гарантией. Гарантийная служба Группы компаний по первому обращению клиента предоставляет квалифицированную помощь, тем самым обеспечивая постоянную эксплуатационную готовность техники.

ООО Авторемонтный завод «Подшипник» – предприятие, занимающееся продажей, восстановлением и модернизацией автомобилей КамАЗ и МАЗ. В основе производства лежит принцип восстановления дорогостоящих корпусных деталей и полной замены на новые. При сборке автомобилей используются оригинальные комплектующие, поставляемые непосредственно с заводовизготовителей, что дает гарантирует высокое качество выпускаемой техники.

Грузовые автомобили после капитального ремонта обеспечиваются гарантией на один год или 30 тыс. км пробега.

РТП «Усть-Лабинсктехсервис» – специализированное высокотехнологичное предприятие, производящее капитальный и текущий ремонт дизельных двигателей, предлагает клиентам следующие услуги: капитальный и текущий ремонт дизельных двигателей всех марок (гарантия на двигатели – один год, или 1000 мото-ч); продажу двигателей после капитального ремонта; ремонт базисных деталей и узлов двигателей; ремонт топливной аппаратуры; продажу запасных частей; покупка б/у двигателей в любой комплектации.

Накоплен богатый положительный опыт восстановления деталей к зарубежной технике в Республике Башкортостан. Для снижения затрат на их эксплуатацию в республике в больших объемах изготавливают и восстанавливают детали (рис. 1.1), в том числе к зарубежной технике.

Рис. 1.1. Объем потребления запасных частей в МТС Республики Для сервиса дорогостоящей топливной аппаратуры зарубежной техники в Башкирии создано ЗАО «Башдизельпрецизион», которое выполняет техническое обслуживание и ремонт сложных агрегатов топливных систем зарубежной техники фирм «Bosch», «Zexel», «Lucas CAV», «Motorpal», «Mefm» и др. Затраты владельцев зарубежной топливной аппаратуры на ремонт, проведенный ЗАО «Башдизельпрецизион», в сравнении с услугами иностранных фирм снизились до 8 раз. Предприятие выполняет технический сервис топливной аппаратуры зарубежных дизелей помимо Башкортостана в Татарстане, Оренбургской и Челябинской областях и в других регионах.

В Республике Коми на базе ОАО «Севертрансэкскавация» организован участок восстановления деталей ходовой части гусеничной техники на котором восстанавливают ведущие колеса тракторов «Kamatsu» наплавкой под слоем флюса с применением неподвижного (лежачего) электрода. Себестоимость восстановленной детали в несколько раз ниже цены новой.

Предприятие «Рематтра» (Тамбовская область) проводит капитально восстановительный ремонт трубоукладчиков и бульдозеров D355 марки «Komatsu», экскаваторов «Komatsu», «Катерпиллар», капитальный ремонт узлов и агрегатов отечественной и импортной техники, в том числе: МАЗ, КамАЗ, КрАЗ, «Урал», «Ikarus», «Claas», «Libherr». На предприятии освоен полный ремонт ходовой части и двигателей фирмы «Komatsu».

Количество операций обработки при восстановлении по сравнению с изготовлением новых запасных частей сокращается в 3-8 раз. Создание производств по восстановлению требует в 2-2,5 раза меньше капитальных вложений по сравнению с аналогичными предприятиями по изготовлению запасных частей. Для восстановления требуется в 20-30 раз меньше металла, чем для изготовления новых запасных частей. Исключив металлургический цикл производства при восстановлении 1 тн стальных деталей экономится кВт/ч электроэнергии, 0,8 т угля, 0,5 т известняка, 175 м3 природного газа.

Стоимость восстановленных деталей составляет до 30-50% стоимости новой детали. Пo данным экспертов, проблема ремонта и обслуживания импортной техники будет обостряться по мере увеличения срока эксплуатации машин. В этих условиях организация изготовления и восстановления деталей к импортным машинам является основной альтернативой дорогим оригинальным запасным частям.

калькуляции выездного ремонта реактивного рычага трактора МТ845 (845В) («Челленджер») в 2008 г. стоимость оригинальных запасных частей составляла 215,4 тыс. руб., или 84,0% от общей стоимости ремонта, включая затраты на проезд механика к месту работы трактора.

Шведская фирма «Skania» поставляет в Россию корзину новой муфты сцепления за 41 тыс. руб., а восстановленную - за 27 тыс. руб. Американская компания «Кэнси Трансмашн» поставляет гидромуфты для автоматической коробки перемены передач, восстановленные за $200-300, а новые стоят $1000.

Это еще раз подтверждает эффективность восстановления деталей к импортной технике (табл. 1.1).

Стоимость новых и восстановленных запасных частей к двигателям зарубежного производства (в ценах 2008 г.) Наименование деталей Головка блока Deutz BFL 413 F (на 1 цилиндр) Вал распределительный Cummins Вал распределительный Deutz Коленвал с шестерней в комплекте Cummins Клапан впускной Caterpillar По данным ГОСНИТИ в настоящее время в развитых странах (США, Япония) доля восстановленных деталей в поставках новых составляет 35-40%.

В СССР 1986 г. она составляла 19,5%, в современных условиях России доля восстановленных деталей в поставках новых запасных частей составляет 8-9%.

По прогнозам специалистов ГОСНИТИ, к 2020 г. необходимо увеличить до 6- млрд руб.объемы восстановления, что составит 25-30% от поставки новых запасных частей. Восстановление изношенных деталей, восстановительный ремонт и модернизация подержанной автотракторной техники объективная мировая потребность и перспективное направление в развитии технического сервиса техники в России.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки (ГОСТ 27.002).

2.1. Причины нарушения работоспособности машин Различают три причины нарушения работоспособности машин: конструктивные, технологические и эксплуатационные.

Конструктивные причины обусловлены нарушением установленных правил и норм проектирования и конструирования, которые приводят при эксплуатации машины к появлению конструктивного отказа. Причинами являются: недостаточная защищенность узлов трения; наличие концентраторов напряжений;

ошибки в учете распределения напряжений или расчете несущей способности;

неправильный выбор материалов; неучтенные нагрузки и др.

Технологические причины вызваны несовершенством или нарушением технологии изготовления или ремонта, что приводит при эксплуатации машины к появлению производственного отказа. К таким причинам относят дефекты:

плавки и изготовления заготовок (пористость, усадочные раковины, неметаллические включения и расслоения); механической обработки (задиры, трещины, заусенцы и др.); сварки (трещины, остаточные напряжения, прожоги, недостаточная глубина сварного шва; термической обработки (закалочные трещины, обезуглероживание, перегрев и др.); материала (включения, примеси и др.);

сборки (повреждения поверхностей, внесение абразива, несоосность; несоответствие размеров и др.).

Эксплуатационные причины являются следствием нарушения установленных правил и условий эксплуатации машины и приводят к возникновению эксплуатационного отказа. Эксплуатационные отказы возникают при нарушении периодичности и содержания технического обслуживания, нагрузках, превышающих допустимые и др.

2.2. Виды и характеристики изнашивания Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ является результатом изнашивания.

В соответствии с ГОСТ 27674 различают три основных вида изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и изнашивание при действии электрического тока (рис. 2.1).

Механическое изнашивание – изнашивание в результате механических воздействий.

Коррозионно-механическое изнашивание – изнашивание в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой.

Под изнашиванием при действии электрического тока подразумевается электроэрозионное изнашивание, которое в свою очередь представляет собой эрозию поверхности тела в результате воздействия электрических (изнашивание контактов системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, коллекторов машин постоянного тока, цоколей электрических ламп накаливания).

Механическое изнашивание включает семь разновидностей: абразивное, гидроабразивное (газоабразивное), гидроэрозионное (газоэрозионное), усталостное, кавитационное и изнашивание при заедании.

Абразивное изнашивание – механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц (абразивных частиц). Абразивными частицами являются частицы песка, твердые частицы руды, почвы, продукты износа трущихся поверхностей деталей.

Абразивному изнашиванию подвержены детали ходовая часть гусеничных тракторов и дорожно-строительных машин, рабочие органы сельскохозяйственных машин, открытые зубчатые передачи. Степень агрессивности абразивных частиц по отношению к изнашиваемой поверхности детали оценивают коэффициентом твердости [3] где Н и На – микротвердость поверхности детали и абразива, соответственно.

Профессор М. М. Тененбаум установил, что критическое значение коэффициента твердости составляет КН = 0,5…0,7.

При значениях коэффициента твердости КН < 0,5 наблюдается интенсивное абразивное изнашивание, а при КН > 0,7 сопротивление абразивному изнашиванию резко возрастает.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание – изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости (газа).

Гидроэрозионное изнашивание возникает на внутренних поверхностях трубопроводов, поверхностях деталей водяных и масляных насосов, стенках водяной рубашки двигателей внутреннего сгорания и др. [4].

Газоэрозионному изнашиванию подвержены внутренние поверхности гильз цилиндров, детали выпускной системы двигателя внутреннего сгорания и др.

Гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание – абразивное изнашивание в результате действия твердых тел или твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости (газа). Гидроабразивному изнашиванию подвержены лопатки водяных насосов, внутренние поверхности трубопроводов, гидроцилиндров, золотники гидрораспределителей, а газоабразивному изнашиванию – лопатки газовых турбин, внутренние поверхности газопроводов, цилиндры компрессоров и двигателей внутреннего сгорания и др.

Рис. 2.1. Виды изнашивания Усталостное изнашивание – механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Проявляется при трении качении в виде питтинга (местных очагов разрушения) и в отделении микрообъемов поверхности при трении скольжении за счет усталости поверхностных слоев.

Характерным примером является износ беговых дорожек колец подшипников качения, боковых поверхностей зубьев шестерен и др.

Кавитационное изнашивание – механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное высокое ударное давление или высокую температуру. В результате на поверхности металла образуются раковины, которые местами сливаются и образуют сквозное отверстие. Данному изнашиванию подвержены трубопроводы, лопасти водяных насосов, наружные поверхности цилиндров и водяных рубашек двигателей внутреннего сгорания.

Изнашивание при заедании – изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.

Примером является износ зубьев шестерен и подшипников скольжения.

Изнашивание при фреттинге – механическое изнашивание соприкасающихся тел при колебательном относительном микросмещении. Этот вид изнашивания возникает при ослаблении болтовых соединений, а также при отсутствии больших динамических и ударных нагрузок.

Окислительное изнашивание – коррозионно-механическое изнашивание, при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. Одновременно протекает два процесса – пластическое деформирование малых объемов металла поверхностных слоев и проникновение кислорода воздуха в деформированные слои. На первом этапе происходит разрушение и удаление мельчайших твердых частиц металла из непрерывно образующихся вследствие проникновения кислорода пленок, на втором этапе – образование и выкрашивание недеформирующихся хрупких окислов. Окислительному изнашиванию подвержены шейки коленчатых валов, цилиндры, поршневые пальцы, болтовые и заклепочные соединения, шестерни, муфты, детали, находящиеся в подвижном контакте.

Изнашивание при фреттинг-коррозии – коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. На интенсивность процесса изнашивания значительное влияние оказывает амплитуда напряжения циклического нагружения.

Характерным признаком процесса фреттинг-коррозии в подвижных соединениях является наличие темных полос по границам сопряжения. В соединениях с натягом в месте контакта появляются продукты окисления от светлокрасно-коричневого до темно-коричневого цвета.

Изнашивание при фреттинг-коррозии наиболее часто возникает на посадочных поверхностях полумуфт, зубчатых колес, подшипников качения, в деталях кривошипно-шатунных механизмов.

2.3. Повреждения деталей машин и меры их предупреждения Повреждения деталей являются следствием развития процессов изнашивания и нарушений правил технической эксплуатации (ПТЭ) оборудования.

Повреждения деталей машин по характеру воздействий, приводящих к отказу оборудования, подразделяются на механические, термические, коррозионные, эрозионные, кавитационные и износовые повреждения [5].

Механические повреждения возникают под воздействием внешней нагрузки и проявляются в виде остаточной деформации (изгиб, скручивание, смятие), вязкого и хрупкого излома, а также усталостного выкрашивания.

Остаточная деформация является следствием перегрузок, длительного действия переменных контактных, растягивающих или сжимающих напряжений, повышенных температур. Меры по предупреждению остаточной деформации: упрочнение поверхностного слоя детали, замена на материал с повышенными механическими характеристиками, изменение конструкции узла, обучение эксплуатационного персонала и повышение требований по соблюдению правил технической эксплуатации оборудования.

Вязкий излом возникает под воздействием нагрузок, превышающих допустимые значения и являющихся следствием нарушения ПТЭ. Характерным признаком вязкого излома является наличие участка текучести в месте излома.

Меры по предупреждению вязкого излома те же, что и в случае остаточной деформации.

Хрупкий излом является следствием значительных ударных нагрузок, длительного воздействия знакопеременной нагрузки, низкого качества материала с повышенным содержанием фосфора, серы и водорода, некачественной термообработки, наличия концентраторов напряжений. Характерным признаком хрупкого излома является кристаллическая структура места излома и сглаженная поверхность мест зарождения усталостной трещины.

Меры по предупреждению хрупкого излома: замена на материал с повышенной ударной вязкостью, сокращение до минимума концентраторов напряжений на поверхности детали, изменение конструкции узла, не допущение появления увеличенных зазоров в линии привода, приводящих к появлению повышенных динамических нагрузок.

Усталостное выкрашивание (питтинг) возникает при высоких контактных напряжениях и пониженной контактной прочности материала. Проявляется в виде одиночных и групповых осповидных углублений. Меры по предупреждению: упрочнение контактных поверхностей детали, повышение класса чистоты обработки поверхности, точный монтаж подшипников и зубчатых передач.

Термические повреждения наиболее часто проявляются в виде термической усталости, являющейся результатом одновременно действующих механических нагрузок и циклических, с большим перепадом (до 800 °С и более) температур. Данный вид повреждения имеет место в рабочих валках и роликах рольгангов станов горячей прокатки, роликах МНЛЗ, паллетах агломерационных машин, трактах выдачи агломерата и др. Характерным признаком повреждения является так называемая «сетка разгара» [6]. Повышенным сопротивлением термической усталости обладают следующие марки стали: 60С2, 30ХГСА, Х18Н9Т (закалка с высоким отпуском).

Коррозионные повреждения являются следствием атмосферной, газовой и электрохимической коррозии.

Атмосферная коррозия возникает при влажности среды более 70 % из-за конденсации влаги и взаимодействия с кислородом воздуха. Для борьбы с атмосферной коррозией применяют протекторную защиту, консервационные материалы и лакокрасочные покрытия.

Сущность протекторной защиты заключается в том, что поверхность черного металла покрывают менее стойким к коррозии металлом. Электроны более активного металла (Zn) перетекают на металл с меньшей активностью (Fe) и удерживают положительные катионы последнего от перехода в электролит.

Железо не будет корродировать до тех пор, пока не будет разрушен слой цинка в радиусе его действия [3].

Консервационные материалы (замедлители коррозии) образуют на поверхности защитные пленки, изолирующие металл от окружающей среды и разрушающие систему гальванических элементов на его поверхности. Консервационными материалами являются пластичные смазки (смазки АМС и ЗЭС), жидкие консервационные масла [НГ-203 (А, Б, В) и К-17], пленкообразующие ингибированные нефтяные составы [НГ-216 (А, Б, В) и Ингибит-С], защитные восковые дисперсии (ЗВВД-13, ИВВС-706М и ПЭВ-74), малорастворимые ингибиторы коррозии (МСДА-1, МСДА-2, Эмульгин и СЖК), летучие ингибиторы коррозии (Г-2, НДА и ХЦА), ингибированная бумага (МГБИ 3-40, МГБИ 3и МГБИ 8-40).

Лакокрасочные покрытия используются для защиты от коррозии не трущихся поверхностей и являются наиболее дешевыми, поэтому они получили наибольшее распространение.

Газовая коррозия возникает при температурах 300…600 °С. При температуре выше 600 °С наблюдается скачок в окалинообразовании. Для предотвращения газовой коррозии применяют материалы с повышенной окалиностойкостью.

Электрохимическая коррозия развивается в водной среде с растворенным кислородом за счет электрохимических процессов, связанных с неоднородностью металла, в трещинах, в щелях между металлами. Меры по предупреждению электрохимической коррозии: ограничение доступа кислорода к поверхности металла, применение однородных материалов.

Коррозионное растрескивание возникает при действии статических нагрузок и агрессивной (по отношению к данному металлу) коррозионной среды.

Коррозионное растрескивание является следствием пониженной коррозионной стойкости границ зерен и их наводораживания, сопровождающимся развитием значительных давлений по границам зерен, что ведет к снижению межкристаллитной прочности и последующему разрушению детали. Данному виду повреждения подвержены сосуды из нержавеющей стали, изготовленные из латуни, дюралюминия, магниевых сплавов.

Коррозионное растрескивание устраняется заменой на материал с более высоким сопротивлением данному виду разрушения и исключением возможности его наводораживания.

Коррозионная усталость представляет процесс разрушения металлов при одновременном действии коррозионной среды и циклических напряжений. Основными факторами, вызывающими коррозионную усталость, являются активность коррозионной среды, уровень действующих циклических напряжений, число циклов нагружения в единицу времени, прочность и коррозионная стойкость сплава. Коррозионная усталость предотвращается защитой деталей от коррозионной среды и применением низколегированных марок сталей.

Эрозионные повреждения возникают при действии на металл с большой скоростью потоков жидкости или газа, причем интенсивность разрушения поверхности возрастает с повышением температуры потока и его запыленности.

Меры по предупреждению эрозионных повреждений: повышение сопротивления металла окислению в данной среде, увеличение поверхностной твердости, наплавка твердосплавных материалов.

Кавитационные повреждения возникают на поверхности металла под воздействием гидравлических ударов. Снижение интенсивности кавитационных повреждений достигается за счет введения веществ, снижающих поверхностное натяжение жидкости; применять высокоуглеродистые стали, никель- и хромсодержащие стали (например, 38ХМЮА), низколегированный чугун с шаровидным графитом; использовать упрочняющие технологии (поверхностнопластическое деформирование (ППД), закалка ТВЧ, азотирование, цементация); наплавлять или напылять твердосплавные материалы; применять полимерные материалы.

Повреждения при заедании характерны для зубьев шестерен и подшипников скольжения. Для предотвращения схватывания применяют поверхностное пластическое деформирование, поверхностную закалку, сульфидирование, введение в смазочный материал присадок, содержащих серу, хлор, фосфор.

Чтобы повысить износостойкость узлов трения в условиях абразивного изнашивания, применяют упрочнение поверхности деталей, наплавку твердосплавными материалами.

Повреждения поверхностей вследствие фреттинг-коррозии служат концентраторами напряжений и снижают предел выносливости. Для снижения интенсивности фреттинг-коррозии используют упрочнение контактирующих поверхностей, увеличение натяга соединения, нанесение на поверхность контакта слоя меди, кадмия, ПТФЭ (политетрафторэтилен). Нанесение полимерных материалов (герметик 6Ф, ГЭН-150В) на посадочные места подшипников качения полностью исключает возникновение фреттинг-коррозии и многократно (до 3, раза) повышает их долговечность.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

В структуре себестоимости капитального ремонта машин 60…70 % затрат приходится на стоимость запасных частей. В то же время себестоимость восстановления большинства деталей не превышает 25…40 % цены новой детали. В настоящее время разработаны прогрессивные технологии восстановления, которые помимо восстановления, упрочняют ее, значительно повышая износостойкость. Восстановление изношенных деталей является одним из основных путей экономии материально-сырьевых и энергетических ресурсов, решения экологических проблем, так как затраты энергии, металлов и других материалов в 25…30 раз меньше, чем затраты при изготовлении новых деталей. При переплавке изношенных деталей безвозвратно теряется до 30 % металла.

Восстановление изношенных деталей позволяет значительно снизить затраты на ремонт техники и поэтому является приоритетным вопросом в развитии системы технического обслуживания и ремонта машин.

Восстановление детали – комплекс технологических операций по устранению дефектов детали, обеспечивающих возобновление ее работоспособности и геометрических параметров, установленных нормативно-технической документацией.

Способы восстановления условно делят на две категории: способы наращивания и способы обработки.

В зависимости от физической сущности процессов, технологических и других признаков существующие способы делятся на десять групп (табл. 3.1).

Слесарно-механической обработкой устраняют следы износа и восстанавливают форму детали. При этом размеры после обработки отличаются от номинальных. Для обеспечения необходимой посадки применяют сопрягаемые детали с измененными параметрами или ставят компенсатор износа (кольца, бандажи, втулки, резьбовые спиральные вставки и т. д.).

Номер группы Слесарно- 1. Обработка под ремонтный размер (РР) механическая 2. Постановка дополнительной ремонтной детали (ДРД) обработка 3. Обработка до выведения следов износа и придания Пластическое 1. Вытяжка, оттяжка деформирование 2. Правка (на прессах, наклепом) Нанесение 1. Напыление: газопламенное, в псевдосжиженном слое полимерных (вихревое, вибрационное, вибровихревое) и др.

Ручная сварка и 1. Газовая Механизированная 1. Автоматическая под флюсом дуговая сварка и 2. В среде защитных газов: аргоне, углекислом газе наплавка (диоксиде углерода), водяном паре и др.

Механизированные 1. Индукционная (высокочастотная) бездуговые 2. Электрошлаковая способы сварки и 3. Контактная сварка и наварка Газотермическое 1. Дуговое (металлизация) 3. Плазменное Гальванические и 1. Железнение постоянным током химические 2. Железнение периодическим током Термическая и 1. Закалка, отпуск термическая 3. Диффузионнее цинкование обработка 4. Диффузионнее титанирование Другие способы 1. Заливка жидким металлом Способы восстановления пластическим деформированием основаны на свойстве пластичности металлов. При пластическом деформировании металл детали перераспределяется от нерабочих участков детали к рабочим, благодаря чему восстанавливаются размеры изношенных поверхностей. Объем детали остается постоянным. К достоинствам следует отнести следующее: не требуется присадочный материал, простота способов, относительно высокая производительность. К недостаткам относятся: необходимость термической обработки черных металлов, изменение линейных размеров (например, поршневой палец после раздачи укорачивается).

Технология восстановления деталей полимерными материалами отличается простотой и доступностью (используют в полевых условиях), низкой себестоимостью, высокой производительностью и хорошим качеством. Долговечность посадочных мест подшипников после восстановления полимерными материалами многократно повышается.

Способы ручной сварки и наплавки получили широкое применение благодаря простоте и возможности выполнения процесса в труднодоступных местах. К недостаткам относятся: низкая производительность, материалоемкость и не всегда обеспечивается высокое качество.

Механизированные способы сварки и наплавки могут быть автоматическими и полуавтоматическими. Большинство этих способов обеспечивают высокие производительность и качество.

При дуговых способах источником теплоты для плавления присадочного материала и поверхности детали является теплота электрической дуги. При бездуговых способах таким источником служат потери от вихревых токов (ТВЧ), джоулева теплота (электрошлаковая наплавка, контактная приварка), теплота сгораемых газов и др.

Ручные и механизированные сварочно-наплавочные способы получили наибольшее применение (75…80 % общего объема восстановления). Их недостатки – термическое воздействие на основной металл, в том числе на невосстанавливаемые поверхности, деформация деталей, значительные припуски на механическую обработку. Применение большинства из этих способов целесообразно для восстановления сильноизношенных деталей.

При напылении расплавленный присадочный материал (проволока или порошок) с помощью сжатого воздуха распыляется и наносится на подготовленную поверхность детали. Способы напыления различают в зависимости от источника теплоты: дуговое – теплота электрической дуги, газопламенное – теплота газового пламени и т. д. Напыляют металлы, полимеры и др. При напылении металла процесс называют металлизацией. Большинство способов напыления характеризуется высокой производительностью, позволяет достаточно точно регулировать толщину покрытия и припуск на механическую обработку.

Серьезный недостаток напыления – низкая сцепляемость покрытий с основой.

Для ее повышения применяют нанесение специального подслоя, последующее оплавление и др.

В основе гальванических способов лежит явление электролиза. Их различают по виду осаждаемого металла, роду используемого тока, способу осаждения и др. Гальванические способы высокопроизводительны, не оказывают термического воздействия на деталь, позволяют точно регулировать толщину покрытий и свести к минимуму или вовсе исключить механическую обработку, обеспечивают высокое качество покрытий при дешевых исходных материалах.

Такие способы применяют для восстановления малоизношенных деталей. Недостатки гальванопокрытия – многооперационность, сложность и экологическая вредность технологии.

Термическую обработку применяют для упрочнения и восстановления физико-механических свойств деталей (упругости пружин и др.). При химикотермических способах происходит диффузное насыщение поверхности детали тугоплавкими металлами (хромом, титаном и др.) при некотором изменении размеров. Эти способы применяют для восстановления и повышения износостойкости малоизношенных деталей (плунжеров и др.).

На рис. 3.1 показано распределение способов при восстановлении изношенных деталей машин [5].

Рис. 3.1. Распределение способов при восстановлении изношенных деталей машин: 1 – наплавка и сварка (70 %); 2 – ремонтные размеры (12 %);

3 – электролитические покрытия (8 %); 4 – полимерные материалы (6 %);

5 – установка дополнительной ремонтной детали (3 %); 6 – поверхностнопластическое деформирование (1 %) Как следует из рис. 2.1 более 70 % изношенных деталей восстанавливается наплавкой и сваркой. Поэтому различные способы сварки и наплавки более подробно рассмотрены в следующей главе.

4. РУЧНАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, а также совместном действии одного и другого. Это комплекс одновременно протекающих процессов, из которых основными являются: тепловое воздействие на металл в околошовных участках, плавление, металлургические процессы, кристаллизация металла сварочной ванны и взаимная кристаллизация металлов в зоне сплавления.

На рис. 4.1 представлены основные способы сварки [7].

Наплавка – сварка плавлением, в процессе которой на поверхность детали наносится слой металла необходимого состава. Наплавку широко применяют при восстановлении изношенных деталей, а также при изготовлении новых, когда необходимо придать рабочим поверхностям деталей особые свойства (повышенную износостойкость, коррозионную стойкость, окалиностойкость и др.) В настоящее время применяют более 40 способов наплавки, из которых наибольшее применение получили способы, представленные на рис. 4.2 [8].

4.1. Ручная дуговая сварка В 1802 г. русский ученый-физик, профессор Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Петров В. В. открыл явление электрической дуги и возможность ее использования для расплавления металла.

В 1882 г. русский инженер Бенардос Н. Н. изобрел способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом и присадочным прутком.

В 1888 г. русский инженер Славянов Н. Г. изобрел способ электродуговой сварки плавящимся металлическим электродом, который отличался от предыдущего большей простотой и поэтому получил более широкое применение.

Позже Бенардос Н. Н. и Славянов Н. Г. разработали другие способы сварРис. 4.1. Структурная схема основных способов сварки Рис. 4.2. Структурная схема основных способов наплавки ки (многоэлектродную, в защитных газах, контактную сварку и др.).

Широкое применение и дальнейшее развитие способы сварки и наплавки получили благодаря научно-практическим работам ведущих коллективов России и стран СНГ, таких как институт электросварки им. Е. О. Патона, ВНИИТУВИД «Ремдеталь», ЦНИИТмаш, ВНИИЭСО, МГТУ им. Н. Е. Баумана, ВНИИавтогенмаш, завод «Электрик» и др.

Сварочная дуга – это электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, паров металла и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и др.

Условием возникновения электрического разряда является ионизация воздушного промежутка между электродом и деталью, так как ионизированный воздушный промежуток проводит электрический ток. Ионизацию обеспечивают различными путями, при этом различают тепловую ионизацию, ионизацию катодными, анодными, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, воздействием электронов и ионов.

Для возбуждения дугового разряда при сварке для получения начальной ионизации сварщик касается электродом детали (чиркает, как спичкой, электродом о деталь), а затем быстро отводит. Если ток достаточно большой, при контакте в промежутке между концом электрода и деталью выделяется большое количество тепла. Это приводит к тому, что микровыступы поверхностей детали и электрода разогреваются (рис. 4.3, а), плавятся и образуются мостики жидкого металла, которые замыкают электрод и деталь (рис. 4.3, б). При быстром отведении электрода расплавленные мостики растягиваются и сужаются (рис. 4.3, в). В результате плотность тока в момент разрыва увеличивается до значения, при котором мостики металла обращаются в пар. Благодаря высокой температуре паров металла ионизация воздушного промежутка возрастает на столько, что при относительно небольшой разности потенциалов между электродом и деталью возникает дуговой разряд (рис. 4.3, г). Нагрев концов электродов приводит к приращению кинетической энергии электронов металла, благодаря чему они вылетают за пределы поверхности катода.

Данное явление называется термоэлектронной эмиссией. Вылетающие электроны сталкиваются с молекулами паров и газов в дуговом промежутке, расщепляют их на положительные и отрицательные ионы и электроны. При наличии между электродом и деталью сильного электрического поля (достаточной разности потенциалов) полет заряженных частиц ориентируется полем и устанавливается стабильная дуга.

Рис. 4.3. Схема возникновения сварочной дуги: 1 – изделие; 2 – электрод;

3 – столб дуги Капля металла электрода под давлением газов и паров зоны горения сварочной дуги с ускорением перемещается в жидкий металл сварочной ванны.

При внедрении часть жидкого металла разбрызгивается, а основная остается в сварочной ванне. Затем подобным образом повторяются плавление и перенос металла. По мере перемещения электрода и соответственно сварочной дуги, за последней перемещается сварочная ванна, в задней части которой происходит кристаллизация металла. Различают первичную и вторичную кристаллизацию металла сварочной ванны. Первичная кристаллизация характеризуется переходом металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое. Вторичная кристаллизация характеризуется фазовыми превращениями. Протекающие процессы зависят от скорости охлаждения, химического состава и других факторов, которые и определяют физико-механические свойства сварочного шва.

Наиболее активный и нагретый участок на катоде называют катодным пятном, на аноде – анодным пятном (рис. 4.4). Дуговой промежуток между электродами – столбом дуги.

Рис. 4.4. Распределение падения напряжения в дуге: lд – длина дуги, мм;

I – сила сварочного тока, А Напряжение на сварочной дуге состоит из падений напряжений в трех ее основных зонах: катодной, столба дуги и анодной (рис. 4.4).

где Uд, Uк, Uс и Uа – падение напряжений, соответственно, на дуге, катоде, в столбе дуги и на аноде, В;

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока называют статической (вольт-амперной) характеристикой дуги (рис. 4.5).

Статическая характеристика дуги состоит из трех зон: падающая I, жесткая II и возрастающая III. В зоне I с увеличением тока напряжение падает, и по достижении значения тока около 100 А дальнейший рост тока незначительно влияет на напряжение – область II (100…1000 А). В области III с увеличением тока свыше 1000 А напряжение растет. При увеличении длины сварочной дуги кривая статической характеристики дуги, приподнимается, не меняя при этом характера своей формы.

Рис. 4.5. Статическая характеристика дуги при различной ее длине:

Сварочная дуга преобразует электрическую энергию в тепловую. Суммарное количество теплоты Q (Дж), выделяемое дугой, определяется по формуле где Iсв – сварочный ток, А;

U – напряжение дуги, В;

t – время горения дуги, с.

Основное количество теплоты дуги расходуется на нагрев, плавление детали и присадочного материала; часть теплоты расходуется на нагрев электродного покрытия или флюса, а также на химические реакции в зоне сварки; часть теплоты сварочной дуги бесполезно теряется в окружающем пространстве.

Дуга при сварке постоянным током горит стабильно, что позволяет использовать малые токи. При сварке постоянным током применяют прямую (электрод – катод, деталь – анод) или обратную полярность. В случае сварки угольными электродами температура дуги на аноде достигает 4000 С и на катоде 3000 С (рис. 4.6), а при сварке стальными электродами температура на аноде – 2600 С, температура на катоде – 2400 С [7]. Поэтому при сварке толстостенных деталей применяют прямую полярность, а при сварке тонкостенных изделий, чувствительных к перегреву высокоуглеродистых, нержавеющих и легированных сталей – постоянный ток обратной полярности.

Рис. 4.6. Сварка угольным электродом на постоянном токе прямой (а) и обратной (б) полярности Производительность сварки определяют по формуле где Qм – количество расплавленного металла электрода, г;

Кн – коэффициент наплавки, Кн = 6…18 г/(Ач).

Сварочная дуга на переменном токе малой плотности горит неустойчиво.

Это обусловлено тем, что мгновенные значения переменного тока переходят через нуль 100 раз/с, меняет свое положение катодное пятно, являющееся основным источником вылета электронов, ионизация дугового промежутка менее стабильна и сварочная дуга менее устойчива по сравнению с дугой постоянного тока при прочих равных условиях. Переменный ток используют при сварке деталей средней и большой толщины из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Сварка на переменном токе отличается меньшим расходом электроэнергии.

Зоной термического влияния называют зону основного металла, прилегающую к сварочной ванне. Ее глубина составляет от 1,5 до 25 мм и зависит от способа сварки (наплавки), скорости охлаждения, теплопроводности основного металла, химического состава и других характеристик процесса.

При сварке низкоуглеродистых сталей зона термического влияния состоит из определенных структурных участков (рис. 4.7).

Молекулы кислорода и азота, попадающие из воздуха в зону сварки, под действием высокой температуры частично распадаются на атомы. Кислород способствует выгоранию легирующих элементов (марганец, кремний и др.) и образует оксиды железа, ухудшая свойства наплавленного металла. Азот образует нитриды, которые повышают твердость, снижают пластичность и способствуют короблению и возникновению трещин. Водород, попадающий в зону сварки из влаги и ржавчины, способствует образованию пор и трещин. Для снижения вредного влияния вышеуказанных элементов свариваемую поверхность деталей предварительно зачищают, а зону сварки защищают нейтральными газами и флюсами.

Электроды для сварки и наплавки. Дуговую сварку плавлением выполняют неплавящимися электродами и присадочными материалами, плавящимися электродами и вспомогательными материалами (флюсы, защитные газы и газовые смеси). Неплавящиеся электроды изготовляют из электротехнического угля, синтетического графита или вольфрама, а в качестве присадочного материала обычно применяют сварочную проволоку.

Рис. 4.7. Распределение температуры по поверхности сварного соединения Материалом для плавящихся электродов является холоднотянутая калиброванная проволока диаметром 0,3…12 мм, а также горячекатаная или порошковая проволока, электродные ленты и электродные пластины.

Стальную сварочную проволоку 77 марок изготовляют по ГОСТ 2246 и специальным техническим условиям. Различают низкоуглеродистую (6 марок проволоки), легированную (30 марок) и высоколегированную (41 марка) сварочную проволоку. ГОСТ 2246 предусмотрен выпуск проволоки следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12 мм.

Условные обозначения марок проволоки включают: индекс Св – сварочная, следующие за ним цифры, показывают содержание углерода в сотых долях процента, буквы – обозначение легирующих элементов, входящих в состав проволоки. Если содержание легирующих элементов в проволоке менее 1 % ставят только букву этого элемента, при содержании легирующего элемента более 1 % после буквы указывают в целых единицах содержание этого элемента. Условное обозначение легирующих элементов в проволоке приведено в табл. 4.1.

Условные обозначения легирующих элементов *В обозначениях высоколегированных сталей буква А не ставится.

Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и легированной проволоки указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора.

В ряде случаев буквы, стоящие после А через дефис, указывают: ВИ – выплавленная в вакуумно-индукционной печи; ВД – выплавленная вакуумнодуговым переплавом; Ш – полученная из стали, выполненной электрошлаковым переплавом; Э – для изготовления электродов; О – омедненная; Д – холоднотянутая; Г – горячетянутая; КР – круглого сечения; БТ – бухты; КТ – катушки; БР – барабаны.

Например, условное обозначение проволоки 2,0Св-06Х19Н9ТА-ВД-Э-О-БТ расшифровывается следующим образом: диаметр проволоки 2 мм, сварочная проволока содержит 0,06 % углерода, 19 % хрома, 9 % никеля и до 1 % титана, повышенно чистая по содержанию серы и фосфора, выплавленная вакуумнодуговым переплавом, для изготовления электрода, омедненная в бухтах.

Проволоку поставляют потребителю в мотках, в мотках прямоугольного сечения, намотанную на катушки, а также в кассетах.

Покрытые электроды различают по следующим признакам: по материалу, из которого они изготовлены; по назначению для сварки определенных металлов; по толщине и видам покрытия; характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия; техническим свойствам металла шва; по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки; по роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока.

Электроды должны удовлетворять следующим требованиям: легкое зажигание и устойчивое горение дуги, равномерное расплавление покрытия, равномерное покрытие шва шлаком, легкое удаление шлака после сварки, отсутствие непроваров, пор, трещин в металле шва.

Покрытые стальные электроды по назначению делят на пять групп в зависимости от свариваемых материалов (табл. 4.2).

По толщине покрытия электроды различают на четыре группы и обозначают: с тонким покрытием D/d 1,2 (отношение диаметра электрода D к диаметру стержня d) буквой М; со средним покрытием (1,2 D/d 1,45) – С; с толстым покрытием (1,45 D/d 1,80) – Д; с особо толстым покрытием (D/d 1,80) – Г.

Электродные покрытия предназначены для обеспечения условий стабильного горения сварочной дуги, а также получения сварного шва с заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость, коррозионная стойкость и др.). Различают стабилизирующие и качественные покрытия.

Стабилизирующие покрытия облегчают возбуждение дуги и способствуют ее устойчивому горению. Стабильность горения сварочной дуги обеспечивается за счет снижения потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью. Эти покрытия состоят из 70…80 % молотого мела и 20…30 % жидкого стекла.

Классификация покрытых электродов по назначению ных, конструкционных сталей с времен- Э38, Э42, Э46, Э46А, Э50, ным сопротивлением разрыву до 600 МПА Э50А, Э55,Э сталей с временным сопротивлением Э70, Э85, Э100, Э125, Э разрыву свыше 600МПА Качественные покрытия защищают сварочную ванну от кислорода и азота окружающего воздуха и за счет легирующих элементов, содержащихся в покрытии, обеспечивают сварной шов с заданными механическими свойствами.

Газовая защита сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха создается при сгорании газообразующих веществ, которые вводят в покрытие в виде органических соединений: древесной муки, декстрина, целлюлозы, крахмала, хлопчатобумажной ткани, пищевой муки и т. д.

Раскисление металла сварочной ванны производят элементами, которые, имея ограниченную растворимость в стали, легче, чем железо, вступают в химические соединения с кислородом и в виде окислов всплывают на поверхность сварочной ванны. Такими элементами являются: марганец, титан, молибден, хром, кремний, алюминий, графит. Большинство раскислителей вводят в покрытие не в чистом виде, а в виде ферросплавов.

Шлаковая защита служит для защиты расплавленного металла от воздействия кислорода и азота воздуха и для образования шлакового покрытия на поверхности расплавленного металла шва. Шлаковое покрытие снижает скорость охлаждения металла шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений. Шлакообразующими компонентами покрытий являются: титановый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и др.

Легирование металла шва производят для придания специальных свойств наплавленному металлу (повышение механических свойств, износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости). В качестве легирующих компонентов электродного покрытия используют: хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан и др. Легирование металла шва иногда производится специальной проволокой, содержащей необходимые элементы.

Для повышения производительности в электродные покрытия вводят железный порошок, который улучшает технологические свойства электродов (облегчает повторное зажигание дуги, снижает скорость охлаждения наплавленного металла, что особенно важно при сварке в условиях низких температур).

Крепление покрытия на стержне электрода обеспечивают такие связующие компоненты как: жидкое стекло, декстрин, желатин, пластмассы и др.

В зависимости от вида покрытия электроды обозначают:

А – с кислым покрытием, содержащим окислы железа, марганца, кремния, титана. Металл шва отличается повышенной окисленностью, плотностью.

Сварку производят на постоянном (прямой и обратной полярности) и переменном токе;

Б – с основным покрытием, основу которого составляет фтористый кальций (плавиковый шпат) и карбонат кальция (мрамор, мел). Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Металл сварного шва имеет малую склонность к образованию кристаллизационных и холодных трещин;

Ц – с целлюлозным покрытием, создающим газовую защиту дуги и образующим при плавлении тонкий шлак. Основные компоненты – целлюлоза, мука и другие органические составы;

Р – с рутиловым покрытием. Основной компонент рутил (TiO2), который в сочетании с соответствующими минеральными и органическими компонентами обеспечивает шлаковую и газовую защиту сварочной ванны;

П – прочие виды покрытий.

Полное условное обозначение электрода содержит последовательно: марку, тип, диаметр стержня, тип покрытия и номер государственного стандарта (ГОСТ). Например, обозначение По ГОСТ 9467 это расшифровывается так, Э46А – тип электрода (Э – электрод для дуговой сварки; 46 – минимальный гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм2 (460,0 МПа); А – гарантируется получение повышенных пластических свойств металла шва; УОНИ-13/45 – марка электрода; 3 – диаметр, мм; У – электрод для сварки углеродистых и низколегированных сталей; Д2 – с толстым покрытием второй группы; 432(5) – установленная по ГОСТ 9467-75 группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва; 43 – временное сопротивление разрыву (не менее 460 МПа); 2 – относительное удлинение (не менее 22 %); 5 – ударная вязкость (не менее 34,3 Дж/см2 при температуре минус 40 С); Б – основное покрытие; 1 – для сварки во всех пространственных положениях; 0 – на постоянном токе обратной полярности.

Электроды для сварки конструкционных и низколегированных сталей. Для сварки сталей обычной прочности предназначены электроды Э38, Э42, Э46, Э50, Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60. Сварку конструкционных сталей повышенной прочности производят электродами Э70, Э85, Э100 Э125, Э150.

Характеристика электродов представлена в табл. А.1.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей.

Эти стали сваривают электродами девяти типов по ГОСТ 9467, которые классифицируют по механическим свойствам и химическому составу наплавленного металла. Буквы, стоящие после буквы Э, показывают гарантированное содержание легирующих элементов в наплавленном металле. Характеристики электродов для сварки теплоустойчивых сталей приведены в табл. А.2.

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Существует 49 типов электродов, предназначенных для сварки коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситного, мартенситно-ферритного, ферритного, аустенитно-ферритного и аустенитного классов. Характеристики электродов приведены в табл. А.3.

Электроды для наплавки поверхностных слоев. ГОСТ 10051 предусматривает 44 типа покрытых металлических электродов для наплавки. Характеристики электродов приведены в табл. А.4.

Сварочная проволока для сварки алюминия и его сплавов выпускается следующих диаметров (мм): 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3; 3,5; 4; 4,5;

5; 5,5; 6; 7; 8; 9; 10; 12. ГОСТ 7871 предусматривает выпуск 14 марок проволоки.

Для сварки меди и ее сплавов применяют проволоку и прутки из меди и сплавов на медной основе (ГОСТ 16130) марок M1, MCpl, МНЖ5-1, МНЖКТ5бронзовые – марок БрКМц3-1, БрОЦ4-3, БрАМц9-2, БрОФ6,5-0,15, БрАЖМцЮ3-1,5, БрХНТ, БрНЦр, БрНЦрТ, латунные – марок Л63, ЛО60-1, ЛК62-0,5, ЛКБ062-0,2-0,04-0,5.

Марки и область применения электродов для сварки алюминия, меди, никеля и соответствующих сплавов приведены в табл. А.5.

При сварке чугуна применяют стержни, отлитые из серого чугуна, следующих марок в зависимости от назначения: А – для горячей газовой сварки;

Б – для газовой сварки с местным нагревом; НЧ-1 – для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных отливок; НЧ-2 – для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок. БЧ и ХЧ – для износостойкой наплавки. Чугунные прутки для сварки и наплавки выпускаются диаметрами 4; 6; 8…10;

12…16 мм и длиной 250, 350 и 450 мм.

Для сварки также используют электроды, стержни которых изготовлены из меди и сварочной проволоки Св. В табл. А.6 приведены марки и область применения электродов для сварки чугуна.

Источники тока для ручной сварки и наплавки. Основными источниками питания при ручной сварке и наплавке являются сварочные трансформаторы, преобразователи и выпрямители.

Наибольшее распространение в качестве источников тока при сварке на переменном токе получили трансформаторы СТШ-250, СТШ-300, СТШ-500 и СТШ-500-80, оборудованные подвижным шунтом, с помощью которого регулируют силу сварочного тока, а также сварочные трансформаторы типа ТД- и ТД-300.

Сварочные трансформаторы подразделяют на две группы: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дополнительной реактивной катушкой-дросселем и трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием.

Трансформаторы типа СТШ, разработаны Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Они являются трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием, которое регулируется подвижными шунтами при помощи ходового винта.

Сварочные трансформаторы с подвижными катушками типа ТС, ТСК и ТД предназначены для питания электрической дуги при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов однофазным переменным током частотой 50 Гц.

Трансформаторы этого типа являются однопостовыми, то есть предназначены для питания одного сварочного поста. Магнитное рассеяние в них регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками.

Трансформаторы типа ТСК отличаются от трансформаторов типа ТС наличием конденсаторов, включенных параллельно первичным обмоткам и обеспечивающих повышение коэффициента мощности.

Сварочные трансформаторы типов ТД-500 и ТД-300 являются усовершенствованными конструкциями трансформаторов типа ТС-500 и ТС-300.

Они имеют меньшую массу и габариты, у них повышена технологичность конструкции, удобство обслуживания и надежность работы. Уменьшение массы и габаритов достигнуто за счет применения двухдиапазонного плавного регулирования тока: в диапазоне больших токов обе катушки первичной и вторичной обмоток включаются попарно параллельно; в диапазоне малых токов катушки первичной и вторичной обмоток включаются последовательно. Включение и отключение катушек производится переключателем, смонтированным внутри трансформатора.

Трансформатор ТД-304 разработан на базе трансформатора типа ТД-300.

Для уменьшения массы трансформатор выполнен из высококачественных материалов – магнитопровод из холоднокатаной стали, а обмотки – из алюминиевых проводов с теплостойкой стеклянной изоляцией. Катушки пропитаны лаком повышенной теплостойкости. Общее устройство сварочного трансформатора показано на рис. 4.8.

В табл. А.7 приведены технические характеристики сварочных трансформаторов.

Источники питания постоянного тока можно разделить на две основные группы: сварочные преобразователи и сварочные выпрямители.

Сварочные преобразователи постоянного тока подразделяют:

по роду привода – преобразователи с электрическим приводом и преобразователи с двигателями внутреннего сгорания;

Рис. 4.8. Устройство сварочного трансформатора: 1 – рым-болт; 2 – рукоятка; 3 – замкнутый магнитопровод (сердечник); 4 – ручка; 5 – зажим для присоединения проводов сварочной цепи; 6 – корпус; 7 – жалюзи для охлаждения;

8 – первичная обмотка трансформатора; 9 – вторичная обмотка трансформатора; 10 – ходовая гайка винта; 11 – вертикальный винт с ленточной резьбой;

12 – крышка корпуса по способу исполнения – однокорпусные (сварочный генератор и двигатель на одном валу в одном корпусе) и раздельные (сварочный генератор и двигатель выполнены на общей раме, а их валы соединены через специальные муфты);

по числу питаемых постов – на однопостовые для питания одной сварочной дуги и многопостовые для одновременного питания нескольких сварочных дуг;

по способу установки – на стационарные и передвижные;

по форме внешних характеристик – с падающими, жесткими, возрастающими или с пологопадающими внешними характеристиками.

Наибольшее распространение имеют преобразователи ПСО-120, ПСОПСО-500, ПСО-800. Общее устройство сварочного преобразователя показано на рис. 4.9. В табл. А.8 и А.9 приведены технические характеристики сварочных преобразователей.

Рис. 4.9. Устройство сварочного преобразователя: 1 – медные пластинки коллектора; 2 – щетки генератора; 3 – регулировочный реостат; 4 – распределительное устройство; 5 – зажимы; 6 – вольтметр; 7 – вентилятор; 8 – трехфазный асинхронный двигатель; 9 – тяга; 10 – магнитные полюсы; 11 – корпус;

12 – якорь Сварочный выпрямитель (рис. 4.10) представляет собой агрегат, в котором объединены трехфазный понижающий трансформатор и блок полупроводниковых элементов (селеновых, кремниевых или германиевых). Для ручной сварки, резки и наплавки промышленность выпускает выпрямители ВД-306 на номинальный ток 315А и ВД-502 на ток 500А, а также универсальные сварочные выпрямители ВДУ-504 и ВДУ-305. Получили также широкое распространение выпрямители типа ВСВУ-ВСП и ВДУ-ВДГ.

В табл. А.10 приведены технические характеристики сварочных выпрямителей.

Рис. 4.10. Устройство сварочного выпрямителя: 1 – выпрямительный блок; 2 – выдвижные ручки; 3 – предохранители; 4 – блок аппаратуры; 5 – вентилятор; 6 – ветровое реле; 7 – силовой трансформатор; 8 – вторичная обмотка;

9 – первичная обмотка; 10 – амперметр; 11 – лампа; 12 – кнопки выключателя;

13 – скобы; 14 – рукоятка регулирования тока; 15 – переключатель диапазонов тока; 16 – шины заземления обратного провода; 17 – токовые разъемы;

18 – болт заземления; 19 – штепсельный разъем для подключения к сети Технология ручной дуговой сварки. Зажигание (возбуждение) дуги производят двумя способами (рис. 4.11). При первом способе электрод подводят перпендикулярно к месту начала сварки и после относительно легкого касания изделия отводят его вверх на расстояние 2…5 мм. Второй способ подобен зажиганию спички.

Если дуга прервалась, ее повторное зажигание производят на основном металле впереди кратера с возвратом к наплавленному металлу, для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. Затем сварку продолжают в нужном направлении. Положение электрода зависит от положения шва в пространстве. Различают три положения сварного шва (рис. 4.12): нижнее 1, вертикальное и горизонтальное на вертикальной плоскости 2, потолочное 3 [9].

Рис. 4.11. Схемы зажигания сварочной дуги касанием электрода об изделие в точке (а) и чирканьем концом электрода о поверхность металла (б) Рис. 4.12. Расположение сварного шва в пространстве: 1 – нижнее;

2 – вертикальное или горизонтальное; 3 – потолочное Сварку вертикальных швов выполняют сверху вниз и снизу вверх.

При сварке в нижнем положении электрод имеет наклон от вертикали в сторону направления сварки. Перемещение электрода при сварке осуществляют способами «к себе» и «от себя».

Если сварка ведется без поперечных колебательных движений конца электрода ширина валика должна составлять (0,8…1,5) d электрода [9]. Такие швы (или валики) называют узкими, или ниточными. Их используют при сварке изделий малой толщины и при наложении первого слоя в многослойном шве.

Средние швы (или валики), ширина которых составляет не более (2…4) d электрода, накладывают при колебательных движениях конца электрода.

Траектории колебательных движений конца электрода могут быть различными. Основные варианты показаны на рис. 4.13.

Движения, не способствующие усиленному прогреву свариваемых кромок, показаны на рис. 4.13, а, б; способствующие усиленному прогреву обеих свариваемых кромок – на рис. 4.13, в…е; способствующие усиленному прогреву одной кромки – на рис. 4.13, ж, з.

Рис. 4.13. Основные виды траекторий поперечных движений рабочего конца электрода В зависимости от длины различают короткие (250…300 мм), средние (350…1000 мм) и длинные (более 1000 мм) швы. Порядок выполнения швов показан на рис. 4.14. Шов выполняют короткими отрезками 1…4.

Рис. 4.14. Выполнение шва в зависимости от его длины: на проход (а), от середины к краям (б) и обратно-ступенчатым способом (в) Швы (рис. 4.15), в зависимости от размеров сечения, выполняют однопроходными (однослойными) и многопроходными (многослойными).

Рис. 4.15. Схемы сварного шва: однопроходного (а), многослойного (б) и многопроходного (в) Однопроходная сварка производительна и экономична, но металл шва недостаточно пластичен из-за увеличенной зоны перегрева и грубой столбчатой структуры металла шва. При многослойной сварке каждый нижележащий валик проходит термическую обработку при наложении последующего валика, благодаря чему получается измельченная структура металла шва и соответственно повышенные механические свойства шва и сварочного соединения.

Расположение слоев при многослойной сварке бывает различным: последовательное (рис. 4.16, а), «каскадным» способом (рис. 4.16, б) и способом «горки» (рис. 4.16, в). Последние два способа применяют при сварке металла толщиной более 20…25 мм.

Рис. 4.16. Схемы многослойной сварки: последовательное (а), «каскадом»

(б) и «горкой» (в) При выполнении многослойных швов особое внимание уделяют качественному выполнению первого слоя в корне шва. Провар корня шва определяет прочность всего многослойного шва.

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, с учетом положения шва в пространстве, вида соединения, толщины и химического состава свариваемого металла, а также температуры окружающей среды.

Силу сварочного тока определяют по формуле где k – коэффициент, наибольшее значение которого принимается при сварке в нижнем положении, наименьшее – при сварке в потолочном и вертикальном положениях, k = 40…60;

dэ – диаметр электродного стержня, мм.

При сварке в нижнем положении сварочный ток уменьшают на 10…15 % по сравнению с расчетным, если толщина металла составляет менее l,5 dэ. Если толщина металла более 3 dэ, то сварочный ток увеличивают на 10…15% по сравнению с расчетным.

Сварочный ток уменьшают на 10…15 % при сварке на вертикальной плоскости, а в потолочном положении – на 15…20 % по сравнению с током для сварки в нижнем положении. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 4.3.

Зависимость силы сварочного тока от диаметра электрода При выполнении сварки качественными электродами силу тока устанавливают в соответствии с данными, указанными в паспортах или сертификатах на эти электроды.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, положения шва в пространстве, размеров детали, состава свариваемого металла. При сварке встык металла толщиной до 4 мм диаметр электрода принимают равным толщине свариваемого металла.

Если свариваемый металл большей толщины применяют электроды диаметром 4…8 мм, чтобы обеспечить провар основного металла. В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом диаметром 3…4 мм, а последующие слои – электродами большего диаметра.

При сварке в вертикальном положении используют электроды диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

Ручная наплавка. Несмотря на низкую производительность ручная наплавка широко используется при ремонте машин. Это объясняется сложной конструктивной формой деталей, ограниченным доступом к объекту наплавки и т. п.

Для ручной дуговой наплавки применяют покрытые электроды по ГОСТ 10051, представленные в табл. А.4.

При наплавке угольным электродом в качестве легирующей шихты применяют:

сталинит: феррохром – 26,9 %; ферромарганец – 21,6 %; чугунный порошок – 47,1 %; нефтяной кокс – 4,4 %;

вокар: углерод – 9…10 %; кремний – до 3 %; вольфрам – 85…87 %; железо – до 2 %;

КБХ-45: феррохром – 50 %; железный порошок – 40 %; карбид хрома – 5 %; борид хрома – 5 %;

БХ: борид хрома – 50 %; железный порошок – 50 %;

ВИСХОМ-9: чугунная стружка (измельченная) – 74 %; ферромарганец – 15 %; феррохром – 5 %; серебристый графит – 5 %.

При использовании вышеуказанных наплавочных материалов твердость наплавленного слоя без термообработки составляет: сталинита – HRC 55; вокара – HRC 56…58; КБХ-45 – HRC 57…60; БХ – HRC 60…62; ВИСХОМ-9 – HRC 55…60.

При наплавке используют те же флюсы, что и для ручной сварки, а также легирующие керамические флюсы КС-Х12Т, КС-Х12М, КС-Х14Р, КС-ЗХ2В8, КС-Р18Р, КС-Р9Р, дающие наплавленный слой с высокой износостойкостью и большой твердостью.

Перед наплавкой поверхности деталей тщательно очищают от грязи, масла, краски и пр. Поверхности, подлежащие наплавке, рекомендуется обжигать газовыми горелками. Можно применять очистку стальной вращающейся щеткой. При восстановлении наплавкой с деталей удаляют поверхностный наклепанный слой, имеющий местные задиры и волосяные трещины. поверхности выравнивают.

Режимы наплавки приведены в табл. 4.4.

Режимы дуговой наплавки порошкообразными смесями Вокар Сталинит и ВИСХОМ- Боридная смесь (БХ) На рис. 4.17 показан порядок наложение валиков при наплавке различных конструктивных элементов деталей.

Характеристики процесса сварки и наплавки. Процессы сварки и наплавки характеризуют коэффициенты расплавления р, наплавки н и потерь.

Коэффициент расплавления, г/(Ач) где Gp – масса расплавленного электродного металла, г;

Iсв – сила сварочного тока, А;

Рис. 4.17. Порядок наложения валиков при наплавке вала (а, б), зуба и впадины шестерни (в, г), вертикальной плоскости (д), малого и большого участков плоскости (е, ж) Коэффициент наплавки, г/(Ач) где Gн – масса наплавленного металла, г.

Вследствие того, что часть расплавленного электродного металла теряется на окисление, испарение и разбрызгивание, коэффициент наплавки, как правило, меньше коэффициента расплавления на 3…5 г/(Ач).

Коэффициент потерь, % В зависимости от вида электродов коэффициент потерь составляет 6…25 %.

Производительность сварки, г/ч Как следует из формулы (3.1) коэффициент наплавки ан характеризует производительность сварки и наплавки. Чем больше его значение, тем больше производительность сварки.

4.2. Газовая сварка и наплавка В процессе газовой сварки свариваемый и присадочный металлы расплавляют пламенем, получаемым при сгорании смеси какого-либо горючего газа с кислородом.

Способ получения высокотемпературного газового пламени был разработан в конце XIX века и газопламенная сварка с применением ацетилена и кислорода, водорода являлась основным способом соединения металлоконструкций.

Позже, из-за бурного развития электродуговой и других видов сварки, роль газовой сварки уменьшилась.

К достоинствам газовой сварки относятся относительно простое и недорогое оборудование, возможность изменять в широких пределах мощность, состав и направление пламени при сварке.

Недостатками являются: более низкая по сравнению с электродуговой сваркой производительность процесса, так как стоимость используемых газов выше стоимости электроэнергии, себестоимость газовой сварки выше, чем электродуговой.

Газовую сварку применяют для сварки и восстановления тонкостенных стальных изделий, заварки трещин и наплавки деталей из чугуна, цветных металлов и пластических масс. Газовое пламя используют для местной закалки стальных изделий, а также пайки деталей.

В табл. 4.5 представлены горючие газы, применяемые в смеси с кислородом при газовой сварке и область применения.

Горючие газы, применяемые в смеси с кислородом, при газовой сварке Пиролизный 2200…2300 Пайка, резка и поверхностная закалка Природный (метан) Сварка легкоплавких металлов, пайка и резка Температура пламени при сгорании горючих газов в смеси с кислородом значительно выше по сравнению с пламенем, получаемым при сгорании тех же газов в смеси с воздухом. Для газовой сварки используют кислород трех сортов: газообразный технический первого сорта с чистотой 99,7, второго сорта – 99,5 и третьего сорта – 99,2 %. Газообразный кислород поставляют в стальных баллонах под давлением 15 МПа. При контакте с маслами кислород взрывается.