Интернет журнал о промышленности и технологиях
Ремонт деталей сваркой и наплавкой
Опубликовано: 06.09.2018
Основные виды сварки и наплавки. В настоящее время при ремонте используются следующие основные виды сварки и наплавки деталей: 1) ручная электродуговая сварка и наплавка: 2) газовая сварка и резка металлов; 3) автоматическая наплавка под слоем флюса; 4) сварка и наплавка в среде защитных газов и пара; 5) электроимпульсная наплавка.
Ручная электродуговая сварка и наплавка осуществляются угольным или графитовым электродом (способ Бенардоса) и металлическими электродами (способ Славянова). Электродуговой сваркой можно ремонтировать детали как в стационарных, так и в полевых условиях. Сварка применяется для заварки трещин, восстановления сварных швов в рамах и корпусах, соединения деталей, обеспечивающего их взаимную неподвижность, соединения двух частей поврежденной детали и других работ. Технологический процесс ремонта деталей сваркой состоит из следующих операций: подготовки поверхностей детали к сварке, термической обработки детали после сварки и слесарной или механической обработки.
Сварка и наплавка меди.
Подготовку трещин под заварку производят сверлением отверстий диаметром 4—5 мм по концам трещины, зачисткой до блеска металлической щеткой или наждаком поверхности около трещины на ширину 15—20 мм с каждой стороны и расфасовкой трещины зубилом или коротким сверлом. При толщине стенки до 55 мм расфасовку можно не производить, а ограничиться только зачисткой поверхности.
Наплавка.Ремонт ротора.
Газовую сварку применяют при ремонте ответственных чугунных деталей, тонкостенных деталей, деталей из цветных металлов, а также при наплавке деталей твердыми сплавами.
Преимуществом газовой сварки перед электродуговой является возможность широко регулировать температуру нагрева детали и нагревать независимо от нее присадочный материал при сварке тонких листов, регулируя характер пламени и оказывая
влияние на процесс сварки. Наиболее сложными для ремонта сваркой являются чугунные детали. Для них используют три способа сварки: 1) с общим нагревом детали, или горячую сварку; 2) с местным нагревом, или полугорячую сварку; 3) без подогрева детали, или холодную сварку.
Горячая сварка чугуна производится ацетиленово - кислородным пламенем при малой толщине стенок и электрической дугой чугунным или стальным электродом со специальным покрытием.
Автоматическая сварка и наплавка под слоем флюса позволяют восстанавливать детали индустриальным способом большими электроимпульсной (вибродуговой) наплавки металла партиями. Автоматическая наплавка под флюсом производится электродуговым способом плавящимся металлическим электродом. Электрическая дуга горит между изделием и электродом, к которым подведен ток. Дуга расплавляет проволоку и металл изделия. Для защиты расплавленного металла от вредного действия воздуха, а также для сохранения тепла дуги и предупреждения разбрызгивания металла служит сыпучий флюс. Расплавленный флюс выполняет роль электродного покрытия, надежно закрывая место сварки. Схема процесса наплавки круглого изделия показана на рис. 21.3. Наплавка под флюсом осуществляется сварочными автоматами разных марок. Этим способом ремонтируют коленчатые и распределительные валы, оси, шлицевые валы, ролики, ступицы и др.
Рис. 21.3. Схема наращивания слоев детали круглого сечения автоматической наплавкой под слоем флюса: а —смещение электрода от центра наплавляемой детали: 1 — зона горения дуги; 2 — электродная проволока; 3 — слой флюса; 4 и 5 — ванны; 6 — шлаковая корка; 7 — наплавленный слой; 8 — деталь
Рис. 21.4. Схема установки
Для ремонта деталей из тонкого листа (защитных кожухов, бункеров, кабин) применяется полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа. При этом виде сварки защита расплавленного металла от вредного действия кислорода и азота осуществляется струей углекислого газа, которая при выходе из сопла газоэлектрической горелки оттесняет от зоны сварки воздух.
Электроимпульсная автоматическая наплавка металла в охлаждающей жидкости позволяет наплавлять закаленные детали без последующей термической обработки и правки. В электроимпульсной установке к наплавляемой поверхности вращающейся детали 6 (рис. 21.4) роликами 2 с кассеты 3 через вибрирующий мундштук 4 подается с частотой 100 колебаний в секунду электродная проволока 5. Вследствие этого между проволокой и деталью происходят замыкания и размыкания электрической сварочной цепи. В периоды соприкосновения электрода с деталью от источника тока 1 через контакт проходят мощные испульсы тока короткого замыкания, под действием которых к детали привариваются частицы металла, и одновременно в катушке самоиндукции накапливается энергия магнитного поля. Расплавление металла происходит в основном под действием импульсных разрядов исчезающего магнитного поля в периоды отрыва проволоки.
Ремонт детален металлизацией. Сущность процесса металлизации состоит в расплавлении металла и распылении его сжатым воздухом или инертным газом на мелкие частицы, которые, двигаясь с большой скоростью, попадают на заранее подготовленную поверхность обрабатываемой детали, образуя на ней металлическое покрытие. Для нанесения покрытий служат металлизационные аппараты. По способу расплавления подводимого металла их делят на три типа: электродуговые, газовые и высокочастотные. Схема распыления металла электродуговым металлизатором показана на рис. 21.5. В корпусе 5 установлен механизм аппарата. К приемным трубкам 8 подводится проволока 6, защищенная изолирующими шлангами. Пройдя между верхними и нижними подающими рифлеными роликами 7, проволока поступает в распылительную камеру аппарата. Ролики подачи приводятся в движение воздушной турбинкой или электродвигателем. Далее проволока 6 попадает в наконечники 3, которые направляют ее навстречу друг другу и через контактные трубки подводят к проволоке ток от трансформатора. При замыкании проволоки зажигается электрическая дуга 2. По трубке 4 подводится сжатый воздух, который распыляет расплавленный металл и направляет его на подготовленную поверхность детали 1.
Рис. 21.5. Схема распыления металла аппаратом для электрометаллизации
При подготовке деталей к металлизации необходимо: очистить поверхность детали от жиров, окислов, ржавчины, влаги и грязи, так как качественное сцепление слоя получается тогда, когда поверхность абсолютно чистая; придать правильную геометрическую форму изношенной детали; сделать поверхность шероховатой для обеспечения надлежащей степени сцепления металлизированного слоя с основным металлом; изолировать места, не подлежащие покрытию.
Рис. 21.6. Схема процесса хромирования
Детали обезжиривают в растворах каустической и кальцинированной соды и придают им шероховатость, применяя обработку дробью, анодно-механическую, электроискровую, пескоструйную обработку или нарезку «рваной» резьбы. «Рваную» резьбу нарезают резцом, передний угол которого равен 0°, а угол при вершине — около 60°.
После металлизации детали обрабатываются на токарных станках резцами с пластинками из твердых сплавов, а при очень высокой твердости — шлифованием или анодно-механической обработкой. Механическая обработка покрытия является одновременно проверкой его качества: если слой не выкрошился, качество сцепления считается удовлетворительным, и деталь может быть пущена в эксплуатацию. При этом детали, работающие в условиях трения скольжения, после механической обработки пропитывают маслом при температуре 40—50 °С в течение 5—6 ч.
Прогрессивным методом распыливания является высокочастотная металлизация, для которой используются специальные распылительные головки. Круглые детали металлизируются на токарных станках, а плоские — в специальных металлизационных камерах.
Ремонт деталей электролитическим наращиванием. Некоторые детали строительных машин восстанавливают наращиванием различных металлов электролитическим способом. Наиболее часто применяемыми видами наращивания являются хромирование (гладкое и пористое), осталивание, меднение и цинкование.
Благодаря высоким физико-механическим свойствам покрытий эти способы получили широкое распространение на машиностроительных, металлообрабатывающих заводах и ремонтных предприятиях.
Процесс нанесения на поверхность металлических изделий тонких слоев другого металла из раствора его соли производят с помощью электрического тока.
Растворы включаются в электрическую цепь с помощью электродов— анода и катода (рис. 21.6). При прохождении тока через раствор, называемый электролитом, возникает электролиз, который вызывает отложение на аноде кислотных остатков и неметаллов, а на катоде — металлов и водорода.
Количественно процесс электролиза выражается формулой
где m - масса металла, осажденного на катоде, г; С — электрохимический эквивалент, г/А*ч; I — сила тока, А; T0 — время осаждения металла, ч.
При прохождении одного и того же тока через разные электролиты выделяется количество вещества, прямо пропорциональное эквивалентным массам. Эквивалентная масса равна атомной массе, деленной на валентность. При постоянных значениях электрохимического эквивалента и времени осаждения металла эквивалентная масса будет зависеть от силы тока.
Сила тока, отнесенная к единице поверхности катода (или анода), называется плотностью тока, т. е.
где Dк — плотность тока на катоде; I — сила тока, A; S — поверхность катода, м2*10-2. Количество фактически осажденного металла меньше количества металла, подсчитанного по теоретической формуле.
Отношение количества фактически полученного вещества к теоретически вычисленному количеству вещества (%) называется выходом по току
где n - выход по току; mф — масса фактически полученного вещества; F — количество электричества, необходимое для превращения на электроде одного грамм-эквивалента вещества, lF=26,8A*ч; I — сила тока, А; С — эквивалентная масса вещества, полученная на электроде.
При осаждении меди n = 94—99 %, цинка n = 75—85, хрома n = 12-19 %.
Продолжительность осаждения металла
где T0 — время осаждения (электролиза) металла; v — плотность металла; V — объем металла, определяемый расчетом; С —электрохимический эквивалент, S — поверхность катода; Dк — плотность тока на катоде; n — выход по току.
Необходимые значения для расчета некоторых видов покрытий приведены в табл. 21.1.
Хромирование деталей (покрытие хромом) осуществляется в сернокислом электролите (рис. 21.6). В ванну заливают электролит 4, через который посредством электродов пропускают постоянный электрический ток от специального низковольтного источника 1. Электрод, присоединенный к положительному полюсу источника тока, называется анодом, а к отрицательному полюсу — катодом. Деталь 3 помещают на катоде, а на аноде — пластинку 2, изготовленную из сплава свинца и сурьмы. При прохождении электрического тока через раствор электролит подвергается электролизу. Положительно заряженные ионы (катионы) в виде атомов металла и водорода направляются к катоду. Отрицательно заряженные ионы (анионы) в виде кислотных остатков и гидроксильной группы направляются к аноду. Достигнув электродов, ионы отдают им свои заряды, а вместе с тем теряют и свои характерные свойства, превращаясь в нейтральные атомы.
Табл. 21.1. Свойства некоторых металлов
| Наименование покрытия | Эквивалентная масса | Электрохимический эквивалент, г/А * ч | Плотность, кг/дм3 | Температура, °С | Твердость покрытий по Бринеллю | |
| плавления | кипения | |||||
| Хром | 8,67 | 0,323 | 7,10 | 1565 | 1800 | 400—969 |
| Железо | 6,98 | 0,694 | 7,86 | 1529 | 2450 | 150—350 |
| Никель | 29,30 | 1,095 | 8,80 | 1452 | 2340 | 125—560 |
| Медь | 63,57 | 2,372 | 8,93 | 1083 | 2360 | 50—300 |
В процессах с нерастворимыми анодами (хромирование) на катоде, которым является наращиваемая деталь, осаждается металл (хром), получаемый за счет диссоциации электролита, содержащего соли хрома и периодически добавляемого в электролит хромового ангидрида.
В процессах с растворимыми анодами (осталивание, меднение и цинкование) осаждаемый на детали металл получается дополнительно за счет растворения анода из этих металлов.
Электролитическое осталивание является таким процессом электролиза, при котором при пропускании постоянного тока через водный раствор соли железа на катоде (детали) в результате разряда ионов железа осаждается слой железа. Одновременно с этим растворяется металл анодов, посылая свои ионы в раствор взамен израсходованных на образование осадка.
Для электролитического осталивания применяют преимущественно растворы хлористого железа. Детали с большими износами и требующие приработки трущихся поверхностей восстанавливают электролитом в составе: хлористое железо 650—700 г/л, соляная кислота 0,8—1,0 г/л. Для получения покрытий с повышенными механическими свойствами и твердостью 500—550 НВ рекомендуется: хлористое железо — 450—500 г/л, хлористый натрий 100 г/л, хлористый марганец 10 г/л.
Процесс осталивания является более экономичным по сравнению с хромированием. При этом покрытия получаются более толстыми (2—3 мм и более), что весьма важно при восстановлении деталей с большими износами.
Меднение используется для восстановления изношенных бронзовых втулок (после обжатия) по наружному диаметру, а также для защиты элементов деталей при цементации.
Меднение деталей из сплавов меди производится в кислых ваннах, при этом электролит состоит из медного купороса (200— 250 г/л), серной кислоты (50—75 г/л) и воды.
Во время электролиза в медной ванне происходит осаждение меди на катоде и растворение медного анода.
Стальные детали нельзя омеднять в кислотной ванне, так как осадки обладают низкой сцепляемостью с основным металлом детали. Поэтому стальные детали сначала покрывают тонким слоем меди в пирофосфорных электролитах, а затем переносят в кислую ванну. Пирофосфорный электролит состоит из сернокислой меди (35 г/л), натрия пирофосфорнокислого (140 г/л), натрия фосфорнокислого двузамещенного (95 г/л) и воды.
Цинкование применяется для предохранения деталей машин от коррозии. Его производят в щелочных (цинкатных) электролитах из сернокислого цинка (215 г/л), сернокислого алюминия (30 г/л), алюминиевых квасцов (45—50 г/л) и декстрина (10 г/л). При этом кислотность электролита должна составлять 3,8—4,4, температура электролита комнатная. Аноды изготовляют из элекролитического цинка с примесью 0,3 % ртути и 0,5 % алюминия.
Химическое никелирование используется при ремонте деталей с небольшим износом для защиты от коррозии и повышения износостойкости.
При химическом никелировании на поверхности детали осаждается никельфосфорный слой, и в отличие от электролитических процессов электрический ток не применяется. Деталь после предварительной подготовки погружают в горячий раствор, состоящий из соли никеля (хлористый никель NiCl3'6H20— 21 г/л), восстановителя (гипофосфит натрия Na2H2'P02H20— 24 г/л) и комплек-сообразователя или буфера (уксуснокислый натрий NaH2C202— Юг/л).
Во время химического никелирования никель восстанавливается гипофосфитом из раствора его солей. После выдержки в течение 4—5 ч и разгрузки каждой партии деталей из ванны составные элементы раствора пополняют.
Покрытия, получаемые при химическом никелировании, содержат 3—12 % фосфора и обладают более высокими антикоррозийными и антифрикционными свойствами, чем никелевые покрытия.
Никельфосфорное покрытие может быть нанесено на детали, изготовленные из стали (плунжеры топливных насосов и гидравлических приводов) или медных и алюминиевых сплавов. При нагреве стальных деталей, покрытых никельфосфорным слоем, на 380—480 гр С микротвердость и прочность сцепления значительно повышаются и становятся близкими к подобным показателям хромового покрытия.