Преимуществаспособа- высокая производительность, простота ведения и управления процессом.

Недостатки – сложность работы на открытом воздухе (например срыв струи газа под действием ветра), высокая стоимость инертных газов.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ВИБРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

Данный вид наплавки основан на использовании тепла кратковременной электрической дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим электродом и наплавляемой поверхностью. Отличительной особенностью вибродуговой наплавки является возможность получения наплавленного слоя малой толщины 0, 3-2, 5 мм, охлаждение поверхности наплавки в результате прерывистого характера процесса, что позволяет значительно уменьшить нагрев детали, снизить в ней остаточные напряжения и предотвратить ее деформирование.

Электродная проволока 5 (рис.16) подается в зону наплавки через вибрирующий мундштук наплавочной головки при помощи роликов 4 подающего механизма. Ток от генератора постоянного тока 7подводится к детали 1 и электродной проволоке 5.

Рисунок 16 – Схема вибродуговой наплавки:

а) – направление вращения детали; б) – направление перемещения головки; в) – направление вибрации электрода; г) – подача электрода; д) – подача охлаждающей жидкости; 1 – деталь; 2 – охлаждающая жидкость; 3 – сопло; 4 – подающие ролики; 5 – электродная проволока; 6 – вибратор; 7 - генератор

Электрод вибрирует с частотой 25-100 Гц, в результате чего происходят частые короткие замыкания электрода на деталь. Вибрация электрода осуществляется механическим или электромагнитным вибратором 6, встроенным в наплавочную головку. В процессе горения дуги на конце электрода образуется капля жидкого металла, которая переносится на наплавляемую поверхность в момент разрыва дуги, что позволяет получить тонкий и прочный наплавленный слой при небольшом нагреве детали. В зону наплавки подается охлаждающая среда, что позволяет в широких пределах регулировать структуру и свойства наплавленного слоя. В качестве такой среды применяют 5%-ный водный раствор кальцинированной соды или 20%-ый водный раствор глицерина. Образующийся при подаче жидкости пар защищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. В результате быстрого охлаждения наплавленный слой закаливается, становится твердым и износостойким. Иногда вместо жидкости используется флюс или углекислый газ, что позволяет повысить прочность деталей, работающих при циклических нагрузках.

В качестве источников тока используют генераторы постоянного тока или селеновые выпрямители.

Автоматическую вибродуговую наплавку применяют для наращивания изношенных внутренних и наружных цилиндрических поверхностей, таких как шейки валов, штоки буровых насосов, замки бурильных труб.

Преимуществами вибродуговой наплавки являются возможность получения тонких и прочных покрытий, малая глубина зоны термического влияния, небольшой нагрев детали и незначительное выгорание легирующих элементов электродной проволоки.

Недостатками этого вида наплавки являются неравномерная твердость, наличие газовых пор и трещин, снижение усталостной прочности наплавляемых деталей.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ

Процесс металлизации заключается в нанесении расплавленного металла на специально подготовленную поверхность детали распылением его струей воздуха или газа. Частицы расплавленного металла, ударяясь о поверхность детали, заполняют предварительно созданные на поверхности неровности, в результате чего происходит их механическое закрепление, а также возникает молекулярное схватывание между наплавляемым и основным металлом. В результате закалки, окисления и наклепа частиц напыляемого металла твердость материала покрытия повышается.

Различают следующие виды металлизации:

- электродуговая;

- газовая;

- высокочастотная;

- плазменная;

- детонационная.

Рисунок 17 – Схема электродуговой металлизации:

I – график скорости струи сжатого воздуха; II – график скорости частиц расплавленного металла; 1, 2 – электродные проволоки; 3 – механизм подачи; 4 – деталь; 5 – напыленный слой; 6 – наконечник; 7 – сопло

Напыляемый материал применяется в виде проволоки, ленты или порошка. Плотность напыленного слоя зависит от скорости частиц при ударе, от расстояния между соплом и поверхностью детали.

При электродуговой металлизации две электрически изолированные друг от друга электродные проволоки 1 и 2 (рис.17) к которым подводится электрический ток, перемещаются механизмом подачи 3 со скоростью 2, 5-3 м/мин. При выходе из наконечников 6 проволоки пересекаются и под действием возникающей при этом электрической дуги концы их расплавляются. Через сопло 7 подается струя сжатого воздуха под давлением 0, 4-0, 7 МПа, которая распыляет расплавленный металл на мельчайшие частицы. Частицы расплавленного металла, двигаясь со скоростью 75-200 м/с, наносятся на специально подготовленную поверхность детали 4, создавая напыленный слой 5. Размер частиц составляет от 0, 01 до 0, 2-0, 3 мм. Скорость струи сжатого воздуха (кривая I) быстро уменьшается по мере удаления от сопла и на расстоянии 200-300 мм оказывается ниже скорости частиц расплавленного металла (кривая II), движущихся по инерции. В связи с этим расстояние от сопла до металлизируемой поверхности должно быть 75-100 мм. В этом диапазоне скорость частиц металла наибольшая и обеспечивается наиболее высокое качество напыляемого слоя.

Преимущества способа – высокая производительность процесса.

Недостатки – значительное выгорание легирующих элементов, окисление напыляемого металла, низкие механические свойства напыленного слоя, большие потери металла при напылении.

При газовой металлизации проволоку напыляемого металла расплавляют смесью (кислород + горючий газ, например ацетилен), а распыление осуществляют сжатым воздухом или инертным газом. Расход сжатого воздуха составляет 0, 6-0, 8 м³/мин, давление 0, 3-0, 5 МПа. Давление ацетилена 0, 004-0, 06 МПа, а его расход 240-850 л/ч. Давление кислорода 0, 2-0, 7 МПа, расход 600-2000 л/ч. Напыляемые материалы применяются в виде проволоки или порошка. Схемы распылительных головок при использовании проволоки и порошка показаны на рис.18. Через одно из отверстий в распылительную головку поступает смесь ацетилена с кислородом и по каналам подается к соплу. Сжатый воздух поступает через другое отверстие. При выходе из сопла струя сжатого воздуха распыляет частицы расплавленного металла и наносит их на поверхность детали. Рекомендуемое расстояние от сопла до детали 100-250 мм.

Преимущества. Газовая металлизация обеспечивает получение покрытий высокого качества. Выгорание легирующих элементов и содержание окислов в напыленном слое при газовой металлизации значительно меньше по сравнению с электрометаллизацией.

Недостатком газовой металлизации является необходимость в гоючем газе и более высокая стоимость покрытия. Газовая металлизация широко используется для напыления тугоплавких сплавов и металлов, например титана.

а) б)

Рисунок 18 – Схема проволочного а) и порошкового б) газопламенного напыления:

1 – проволока; 2 – газовое пламя; 3 – восстанавливаемая поверхность; 4 – напыляемый слой; 5 – диспергированные частицы напыляемого металла; 6 - сопло

ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

Одним из прогрессивных методов является плазменно-дуговая металлизация. При пропускании электрического тока большой плотности через газовую среду, находящуюся под большим давлением, газ ионизируется. Наряду с положительно и отрицательно заряженными ионами в ионизированном газе содержатся электроны и нейтральные атомы. Такое состояние вещества называется плазмой. Плазма обладает высокой электрической проводимостью и образует вокруг себя магнитное поле, которое заставляет частицы плазмы сжиматься и двигаться узким пучком. Плазменная струя служит интенсивным источником тепла, ее температура достигает 15 000 С˚.

Рисунок 19 – Схема плазменной металлизации:

1 – распыляемая проволока; 2 – наконечник для проволоки; 3 - вольфрамовый электрод; 4 – горелка; 5 – сопло

Между вольфрамовым электродом 3, горелкой 4 и медным водоохлаждаемым соплом 5 создается дуговой разряд, который прохоит в узком канале, также охлаждаемым водой. В канал горелки 4 подается инертный газ, который под действием электрической дуги ионизируется и выходит из сопла 5 в виде плазменной струи. В зону плазменной струи непрерывно подается напыляемый материал 1. Расплавленные плазмой частицы напыляемого материала увлекаются плазменной струей и с высокой скоростью напыляются на поверхность детали. Скорость потока плазмы достигает 9000 м/с.

В зависимости от схемы включения электрической цепи различают следующие виды плазменной дуги – открытая, закрытая и комбинированная (рис.20). При плазменной металлизации применяется закрытая плазменная дуга (образуется, когда анодом является сопло).

а б в

Рисунок 20 – Электрические схемы плазменно-дуговых установок

а – закрытая; б – открытая; в – комбинированная

Ремонтируемая деталь в цепь источника тока не включается. При такой схеме температура на поверхности детали в процессе металлизации не превышает температуры плавления основного металла, и поверхностный слой находится в твердом состоянии. В качестве источника постоянного тока используют полупроводниковые выпрямители, а в качестве плазмаобразующего газа применяют аргон, гелий, азот, водород или их смеси. Рекомендуемое расстояние от сопла до детали 80 – 120 мм. Напыляемые материалы используются в виде проволоки или порошка.

Плазменную металлизацию применяют обычно для напыления тугоплавких металлов и их соединений, например, вольфрама, окиси алюминия, карбидов, боридов и цветных сплавов.

Основной недостаток плазменной металлизации – высокая хрупкость напыленного слоя.

ДЕТОНАЦИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

При данном способе распыление порошкового материала производят на специальной установке с использованием энергии, выделяющейся при мгновенном сгорании взрывчатой смеси. На рис.21 показана схема установки для детонационного распыления порошкового материала. Установка состоит из ствола 5, представляющего собой охлаждаемую посредством воды трубу. Взрывная камера 3 служит для приема компонентов взрывчатой смеси и порошкового материала. Смесь подается из баллонов через смесительную камеру 4. Порошок транспортируется газом (азотом или воздухом) из питателя 1. Процесс детонационного напыления заключается в следующем.

Рисунок 21 – Схема детонационной установки

В рабочую (взрывную) камеру 3 установки поступают взрывчатая смесь (ацетилен + кислород или пропан-бутан + кислород) и взвешенные частицы порошкового материала. С помощью запального устройства смесь воспламеняется. Из рабочей (запальной) камеры пламя распространяется со скоростью 2…4 х 10³ м/с. Продукты детонации увлекают за собой частицы порошка, которые кроме кинетической получают также и тепловую энергию. Скорость выноса порошка – 0, 6…1, 2 х 10³ м/с.

В зависимости от соотношения компонентов смеси можно изменять температуру (до 4000º С) и скорость продуктов детонации. Наибольшая скорость достигается при содержании во взрывчатой смеси кислорода~50%, а наибольшее тепловыделение при содержании кислорода ~ 71% (по объему). Ударяясь о поверхность детали, частицы порошка образуют плотный слой покрытия. Физико-химические свойства детонационных покрытий лучше, чем покрытий, получаемых другими способами напыления.

Предварительная механическая обработка необходима вследствие того, что восстанавливаемая поверхность может иметь неравномерный износ, и в процессе металлизации покрытие будет копировать профиль поверхности, что приведет к неравномерной толщине напыленного слоя после окончательной обработки.

Чтобы обеспечить достаточную прочность сцепления напыленного слоя с основным металлом, необходимо придать восстанавливаемой поверхности шероховатость. Наиболее распространенными способами создания шероховатости являются нарезание «рваной резьбы», накатывание поверхности накатниками, обдувка стальной или чугунной крошкой, дробью. Напыляемый материал подбирают с близким к металлу основной детали коэффициентом расширения. В напыленном слое при охлаждении происходит усадка, в результате чего возникают значительные остаточные напряжения. Это приводит к увеличению сцепления покрытия с основным металлом при металлизации наружных цилиндрических поверхностей. При металлизации внутренних поверхностей возникающие в напыленном слое остаточные напряжения приводят к образованию трещин и отслаиванию покрытия. Напряжения в напыленном слое возрастают с увеличением его толщины.

К преимуществам металлизации относятся: высокая производительность и экономичность процесса, повышенная твердость напыленного металла (для стали в сравнении с исходной на 30 – 40%), проведение процесса без нагрева детали (т.е возможность напыления на детали из пластмассы, дерева, картона), повышенная износостойкость покрытий при жидкостном трении вследствие впитывания масла в пористый напыленный слой.

Недостатки способа – невысокая прочность сцепления напыленного слоя с основным материалом, неоднородность покрытия, снижение усталостной прочности ремонтируемой детали до 50%.

Металлизацию применяют для восстановления изношенных плоских, цилиндрических наружных и внутренних поверхностей, получения антифрикционных и коррозионностойких покрытий, восстановления посадок.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ

НАРАЩИВАНИЕМ

Гальваническое наращивание металла на поверхность детали основано на процессе электролиза. Под действием постоянного электрического тока, поступающего в электролит через проводники-электроды, положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрицательно заряженные (анионы) – к аноду (рис. 22).

Рисунок 22 – Схема процесса электролиза

При достижении катода положительными ионами и анода отрицательными образуются нейтральные атомы. В результате на катоде, в качестве которого используется ремонтируемая деталь, выделяется (осаживается) металл и водород, а на аноде – кислотные и водные остатки. Электролиз металлов может осуществляться с растворимыми и нерастворимыми анодами. Растворимые аноды изготавливают из железа Армко, меди или никеля в зависимости от вида электролитического процесса, а нерастворимые из свинца, платины и др. металлов. При электролизе с нерастворимыми анодами пополнение электролита ионами металла осуществляется за счет добавления в электролит вещества, содержажего ионы осаждаемого металла.

Теоретическое количество вещества, выделяющегося при электролизе на катоде, согласно закону Фарадея, определяется по формуле:

G_Т = СIT,

где G_Т – количество вещества, осаждаемое на катоде, г; С - электрохимический эквивалент, г/(А∙ ч); I – сила тока, А; T – время протекания электрического тока через электролит, ч.

Фактическая масса осажденного металла G_ф всегда меньше теоретической, так как в электролите одновременно протекают другие процессы, на что расходуется часть энергии.

При электроосаждении металлов, стоящих в ряду выше водорода, происходит одновременное его выделение, который в большинстве случаев ухудшает качество покрытий, вызывая их хрупкость и увеличение времени электролиза, так как часть энергии расходуется на его выделение.

Отношение фактической массы осажденного металла к теоретической называется выходом по току и характеризует коэффициент полезного действия ванны:

α = G_ф / G_Т 100%.

При хромировании выход по току составляет 12…18%, для других процессов гальванического наращивания – 60…90%.

Среднюю толщину металла, осажденного на катоде, определяют по формуле

h = CD_kT α / 1000 ρ,

где h – средняя толщина слоя, мм; D_k = I / F – плотность тока, А/дм²; F – площадь покрываемой поверхности детали, дм²; ρ – плотность осаждаемого металла, г/см³.

В качестве источника постоянного тока используются генераторы напряжением 6…12 В и силой тока 250…5000 А.

Качество покрытия зависит от тщательности предварительной подготовки поверхности, на которую наносится покрытие, постоянства состава электролита, его температуры, кислотности, плотности тока, а также от расположения детали и анода в гальванической ванне. Равномерность покрытия в значительной степени определяется рассеивающей способностью электролита. С увеличением расстояния между деталью и анодом равномерность покрытия повышается. Материал и форма анода зависят от вида покрытия и формы детали. При нанесении покрытий на детали сложной конфигурации на выступающих частях детали откладывается большее количество металла. Для получения равномерного покрытия применяют фигурные аноды, повторяющие форму покрываемой детали.

Для восстановления размеров изношенных поверхностей наибольшее применение нашли электролитическое хромирование, осталивание, меднение и твердое никелирование.

Хромирование применяют при ремонте штоков насосов, гильз цилиндров двигателей и насосов, гнезд подшипников, шеек кривошипных валов.

Осталивание применяют при наращивания изношенных поверхностей в корпусных деталях, наружных поверхностей бронзовых втулок, для повышения сцепления баббита с чугунными вкладышами, наращивания подслоя перед хромированием.

Меднение применяют для восстановления размеров бронзовых втулок, вкладышей подшипников, для облегчения приработки трущихся поверхностей.

Никелирование вследствие невысокой твердости и малой износостойкости осажденного слоя применяется для восстановления поверхностей в неподвижных сопряжениях.

НАПЛАВКА МЕТАЛЛОВ ТРЕНИЕМ

Процесс наплавки металлов трением заключается в плавлении наносимого металла за счет теплоты, выделяющейся при трении и соединении его с восстанавливаемой деталью при повышенных температуре и давлении. Трение обеспечивается вращением наплавляемой детали или инструмента относительно массы наносимого металла или сплава. Наносимый металл или сплав в гранулированном состоянии (например, в виде стружки) плавится в закрытом пространстве в процессе трения о наплавляемую деталь или специальный инструмент.

Различают аксиальную и радиальную схемы наплавки трением.

Аксиальная схема (Рис 16а) основана на использовании сжимающих усилий, параллельных оси вращения наплавляемой заготовки или инструмента для обеспечения давления на массу наплавляемого металла. Данная схема применяется для наплавки металла на боковые и торцовые поверхности деталей.

Радиальная схема (Рис 16 б) предусматривает использование усилий, нормальных к оси вращения и поверхности трения наплавляемой заготовки или инструмента. Данная схема применяется при наплавке металла на боковые цилиндрические поверхности деталей.

а) б) в)

Рисунок 16 а – Аксиальная схема наплавки трением

а – наплавка внутренней поверхности;

б – наплавка наружной поверхности;

в – наплавка торцевой поверхности.

1 – деталь; 2 – инструмент; 3 – наплавляемый материал до наплавки; 4 – наплавленный металл; 5 – приспособление

а) б)

Рисунок 16 б – радиальная схема наплавки трением

а – наплавка внутренней поверхности; б – наплавка наружной поверхности;

1 – деталь; 2 – инструмент; 3 – наплавляемый материал до наплавки; 4 – наплавленный металл; 5 – приспособление

Основным условием для обеспечения плавления наносимого металла или сплава является изготовление наплавляемой заготовки или инструмента (с помощью которых осуществляется трение) из материалов с более высокой температурой плавления по сравнению с температурой плавления наносимого материала, т.е.

Т_{пл (1, 2)} > > Т_{пл 3}

Во избежание наплавления металла или сплава к рабочей поверхности инструмента или формообразующей детали приспособления, их изготавливают из соответствующих материалов.

При наплавке металла на торцевую поверхность детали, во внутреннюю полость приспособления 5 помещают необходимое количество стружки 3, после чего в него вводят деталь 1. За счет продольного перемещения пуансона 2 наплавляемый металл предварительно уплотняется с образованием брикета соответствующей плотности. Наплавка происходит при вращении детали 1 и одновременном продольном перемещении пуансона 2 для создания рабочего давления на поверхности трения детали. В результате интенсивного тепловыделения при трении брикет расплавляется и, находясь в закрытом пространстве приспособления, наплавляется на торцевую поверхность детали. При достижении инструментом 2 крайнего положения, соответствующего заданному размеру Н (толщины наносимого слоя металла), вращение детали прекращается, и наплавленный металл 4 кристаллизуется на ее поверхности в условиях всестороннего сжатия, что обеспечивает высокую прочность и плотность наплавленного металла. После окончания кристаллизации инструмент отводится в исходное положение, приспособление раскрывается и наплавленная деталь извлекается. При наплавке металла или сплава на наружную поверхность цилиндрической детали 1 инструмент отсутствует, предварительное уплотнение стружки наносимого металла и создание рабочего давления на поверхность трения обеспечивается продольным перемещением приспособления 5. Металл плавится трением торцовых и боковых поверхностей детали 1 о брикет, вытесняется из «копильника» 3 и располагается на боковой поверхности детали слоем заданной толщины δ, где

δ = (D - d)/2.

В крайнем положении, соответствующем вытеснению всего металла из «копильника», вращение детали и продольное перемещение приспособления прекращаются, и расплавленный металл 4 кристаллизуется на поверхности слоем заданной длины Н.

При наплавке металла на внутреннюю боковую поверхность деталь 1 закрепляют в приспособлении 5, обеспечивающем создание закрытого пространства достаточных размеров для помещения стружки. Наплавка осуществляется вращением инструмента 2 и продольным перемещением приспособления. В крайнем верхнем положении приспособления весь расплавленный металл располагается на наплавляемой поверхности слоем определенного размера. Далее инструмент, не прекращая его вращения, извлекают из приспособления.

Основными технологическими параметрами процесса наплавки трением являются окружная скорость v и давление Р на поверхности трения. Величины этих параметров определяются физическими характеристиками основного и наплавляемого материалов – в значительной степени коэффициентом трения и температурой плавления наносимого материала, а также материала детали и инструмента. Так, например при наплавке цветных сплавов (бронзы или латуни) на стальные и чугунные детали оптимальные значения параметров режима наплавки находятся в пределах: относительная скорость на поверхности трения v = 2, 5 – 6 м/с; давление Р = 0, 2…0, 6 МПа.

На продолжительность наплавки влияют площадь наплавляемой поверхности, сечение заготовки, толщина наносимого слоя металла и его теплофизические характеристики.

Мощность (КВт), необходимая для реализации процесса, может быть подсчитана по следующей эмпирической формуле

N = A – D,

где D – наибольший диаметр поверхности трения;

A – коэффициент, равный 0, 4 для наплавки цветных металлов и 0, 6 для наплавки черных металлов.

Область оптимальных размеров наплавляемых деталей находится в следующих пределах:

- диаметр наплавляемой поверхности D = 30 – 80 мм;

- длина Н = 30 – 100 мм.

При этом рекомендуется соотношение Н/D < 2 – при наплавке на боковые поверхности; Н/D < 0, 5 – при наплавке на торцовые поверхности.

После наплавки деталь помещают в ящик с песком для медленного остывания. Далее определяют качество соединения детали с наплавленным слоем и отсутствие макродефектов. В ряде случаев проводят выборочные механические испытания наплавленных деталей для определения прочности соединения основного металла с наплавленным. Требуемые размеры и качество поверхности получают последующей механической обработкой.

Преимущества способа – стабильность химического состава и сохранение исходных механических свойств металла в наплавленном слое, прочное сцепление основного и наплавленного металлов, возможность получения заданных свойств наплавленного слоя путем применения при наплавке комбинированной шихты, высокая экономичность процесса.

Недостатки – невозможность нанесения более тугоплавких, чем основной материал металлов, ограниченные размеры наплавляемых поверхностей, необходимость изготовления специальных приспособлений или сменных вкладышей к ним для наплавки деталей каждого типа.

Процесс наплавки трением целесообразно применять для ремонта изношенных и изготовления биметаллических деталей и для поверхностного упрочнения деталей. Особенно эффективен данный процесс для ремонта деталей типа втулок.

В нефтегазовой отрасли данным способом ремонтируются резьбовые соединения, золотники и клапаны нефтяной арматуры, подвижные и антифрикционные кольца.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАННИЕМ

Восстановление первоначальных размеров рабочих поверхностей пластическим деформированием осуществляется за счет перераспределения материала детали. В процессе деформирования материал детали вытесняется с нерабочих участков на изношенные поверхности, в результате чего восстанавливается форма и размеры этих поверхностей.

При восстановлении поверхностей пластическим деформированием необходимо, чтобы выполнялись следующие основные требования:

- наличие запаса материала на нерабочих участках ремонтируемой детали;

- достаточная пластичность материала;

- механические свойства отремонтированной детали должны быть не ниже, чем у новой;

- объемы механической и термической обработки должны быть минимальными;

- при восстановлении данным методом закаленных или поверхностно-упрочненных поверхностей необходимо предварительно произвести отпуск или отжиг детали.

Наибольшей пластичностью обладают химически чистые металлы. На сопротивление деформированию в значительной мере влияет температура нагрева детали. Детали из бронзы, латуни, малоуглеродистых сталей с содержанием углерода до 0, 3% можно деформировать в холодном состоянии. Детали из высокоуглеродистых сталей – только в горячем.

Различают следующие основные методы восстановления изношенных поверхностей пластическим деформированием: осадка, раздача, обжатие, вытяжка и накатка (рисунок 23).

Рисунок 23 – Виды обработки деталей пластическим деформированием

а – осадка; б – раздача; в – обжатие; г – вытяжка; д – накатка

Осадка применяется для увеличения наружных размеров сплошных и полых деталей и уменьшения внутренних размеров полых деталей за счет снижения их высоты. При осадке направление внешней силы Р, действующей по вертикальной оси детали не совпадает с направлением деформации δ.

Раздача применяется для увеличения наружных размеров детали при сохранении или незначительном изменении ее высоты. В данном случае направление действующей силы Р совпадает с направлением требуемой деформации δ и металл перемещается от центра к периферии.

Обжатие используется для уменьшения размера внутренней поверхности полой детали за счет уменьшения размера ее наружной поверхности. При обжатии направление действующей силы Р совпадает с направлением требуемой деформации δ, происходит перемещение металла от периферии к центру.

Вытяжка применяется для увеличения длины детали за счет местного сужения ее поперечного сечения на небольшом участке. При вытяжке направление действующей силы Р не совпадает с направлением требуемой деформации δ.

Накатка применяется для увеличения наружных, или уменьшения внутренних размеров детали за счет выдавливания металла на отдельных участках поверхностей. При накатке направление действующей силы Р противоположно направлению требуемой деформации δ.

Правка (рисунок 24) применяется для восстановления формы деформированных деталей. При правке направление действующей силы Р совпадает с направлением деформации δ. Различают правку статическим нагружением и наклепом. Правку статическим нагружением осуществляют на прессах. Ее недостатком является трудность получения стабильной формы из-за обратного последействия, снижение усталостной прочности и уменьшение несущей способности детали. Для стабилизации правки статическим нагружением применяют нагрев или двойную правку, т.е. деталь перегибают в противоположную сторону, а затем повторной правкой ее выправляют.

Рисунок 24 – Схема правки

Правка деталей наклепом, в отличие от статического нагружения, позволяет вести процесс в требуемом направлении и на любом участке детали. Правку наклепом обычно осуществляют пневмомолотками. Затем обязательно проверяют деталь на отсутствие трещин.

Преимуществами ремонта деталей пластическим деформированием являются высокое качество восстановления поверхности, использование стандартного оборудования, отсутствие потребности в наращивании металла, т.е. экономичность процесса.

Недостатки метода – ограниченная номенклатура ремонтируемых деталей, необходимость в некоторых случаях в повторной термической обработке и потребность в специальной оснастке для ремонтируемых деталей каждого типоразмера.

На ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли указанный метод используют для восстановления изношенных поверхностей бронзовых втулок подшипников скольжения, шестерен (осадка), различных полых деталей (раздача и обжатие), шеек валов под подшипники качения (накатка), для праки изогнутых и скрученных валов, штанг и труб.

СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ИХ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ МЕТОДАМИ СВАРКИ, ПАЙКИ И СКЛЕИВАНИЕМ

Сваркой называется процесс образования неразъемного соединения деталей или их отдельных частей вследствие межатомарного взаимодействия или действия сил молекулярного сцепления. Сваркой соединяют металлы и неметаллические поверхности, например, стекло, пластмассы и др. При сварке металлов (за исключением холодной сварки) производят местный нагрев деталей до перехода их в пластическое (сварка давлением) или в расплавленное (сварка плавлением) состояние. Стремятся, чтобы металл шва обладал одинаковыми свойствами с основным металлом. Это определяет подбор присадочного материала и режима сварки. В зависимости от сварочных свойств и условий сварки основные виды конструкционных сталей можно разделить на следующие группы:

- сварка без предварительного подогрева и последующей термообработки – конструкции и детали из малоуглеродистых сталей и неответственные конструкции из среднеуглеродистых сталей;

- сварка с предварительным подогревом до температуры 200º С и отпуском после сварки при температуре 600-650º С – конструкции из закаливающихся низколегированных и среднеуглеродистых сталей;

- сварка с предварительным и сопутствующим подогревом до 250-400º С с последующим отпуском – сложные узлы и конструкции из низко и среднелегированных сталей;

- сварка с предварительным и сопутствующим подогревом до 250-260 º С с последующей термической обработкой в зависимости от марки стали – узлы и конструкции из высокоуглеродистых и легированных сталей с особыми свойствами.

Сварка деталей из чугуна связанна с определенными технологическими трудностями. Структура чугуна существенно изменяется при нагреве, и после быстрого охлаждения в зоне сварного шва образуется «белый» чугун, отличающийся повышенной твердостью и хрупкостью. В зависимости от состояния свариваемых деталей различают три способа сварки чугуна:

- холодна;

- полугорячая;

- горячая.

Холодная сварка, т.е. без предварительного подогрева, применяется при ремонте неответственных деталей простой формы и не требующих последующей механической обработки. Детали сваривают стальными, чугунными, медными и медно-никелевыми электродами со специальными покрытиями. Для уменьшения зоны прогрева сварка ведется короткими участками длиной 100-200 мм. Сварка каждого последующего участка начинается после остывания предыдущего до температуры 60-80 º С.

Металл сварного шва, близкий по химическому составу к основному металлу, можно получить при сварке чугунными электродами. Электроды изготовляют из чугуна марки А и Б. Марка А применяется для горячей сварки, а марка Б для любого вида сварки. Чугунные электроды обычно применяют при газовой сварке. Сварка сплавами цветных металлов обеспечивает хорошие пластические свойства соединения и упрощает механическую обработку швов.

Полугорячая сварка чугуна ведется с подогревом детали до 300-400 º С в печах или ацетилено-кислородном пламени.

Горячая сварка чугуна выполняется с предварительным нагревом детали до 600-800 º С в печах, горнах или индукционных нагревателях. Вначале рекомендуется медленный нагрев со скоростью 60 º С в час. При достижении температуры 200-250 º С скорость нагрева детали можно увеличить. Сварка ведется непрерывно электродами из чугуна марки А или Б. Если к концу сварки температура детали оказалась менее 600 º С, то ее вновь подогревают до 600-650 º С и затем медленно охлаждают вместе с печью.

Сварка алюминия и его сплавов усложняется химической активностью алюминия, который, соединяясь с кислородом, образует окись алюминия – тугоплавкое (2050 º С) и неэлектропроводное соединение. Частицы окиси осаждаются в расплавленном металле и существенно ухудшают качество сварного шва. Предупреждение образования окиси достигается защитой расплавленного металла инертными газами, например, аргоном или применением растворяющих флюсов. Используется электродуговая или газовая сварка. Независимо от способа сварки деталь предварительно прогревают до температуры 250-300 º С. Для устранения внутренних напряжений и получения мелкозернистой структуры шва необходимо обеспечить медленное остывание детали после сварки.

Сварка меди и медных сплавов выполняется теми же способами, что и алюминия. При газовой или электродуговой сварке в качестве присадочных материалов для медных деталей применяют пруток из фосфористой меди. Для латунных и бронзовых деталей – прутки из этих же или близких по составу материалов.

СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПАЙКОЙ

Пайкой называют процесс образования неразъемного соединения нагретых поверхностей металла, находящихся в твердом состоянии, при помощи расплавленных сплавов (припоев), имеющих меньшую температуру плавления по сравнению с температурой плавления основного металла. Расплавленный припой заливается (наносится) в зазор между соединяемыми поверхностями и прочно соединяет их после охлаждения.

Соединение деталей пайкой происходит вследствие диффузии присадочного материала (припоя) в основной металл. Так как температура плавления припоя значительно ниже температуры плавления основного металла, при пайке исключается возникновение опасных напряжений, а также изменение химического состава, структуры и механических свойств металла. Поэтому пайку используют для соединения или закрепления тонкостенных деталей и деталей из разнородных металлов, уплотнения резъбовых соединений, устранения пористости и трещин, заделке свищей.

Различают мягкие (легкоплавкие) и твердые (тугоплавкие) припои. Мягкие припои в основном состоят из олова и свинца, имеют температуру плавления 400-500 º С и сравнительно невысокую механическую прочность. Температура плавления твердых припоев, состоящих из меди, цинка, серебра, никеля и других металлов, выше 500 º С. При пайке газовой горелкой наибольшее распространение получили медно-цинковые припои с температурой плавления 800-900 º С. Указанные припои позволяют получить швы с пределом прочности на растяжение 300-350 МПа.

Для получения высокопрочных соединений из чугуна, стали или меди, работающих при динамических нагрузках, в качестве припоя часто применяют латунь. Для удаления с поверхностей пленки оксидов и других примесей, препятствующих пайке, используют флюсы в виде порошков и паст.

При низкотемпературной пайке в качестве флюса применяют разбавленный раствор цинка в соляной кислоте. При высокотемпературной пайке применяют флюс, состоящий из 80% буры и 20% борной кислоты. Метод пайки определяется припоем – электропаяльником, ультразвуковым паяльником, паяльной лампой, газовой горелкой. Предварительный нагрев детали в месте пайки осуществляют токами высокой частоты, в электропечах и другими способами до температуры, превышающей на 40-50 º С температуру плавления припоя. При пайке выдерживают зазор между соединяемыми деталями не более 0, 4 мм при использовании мягких припоев и 0, 04-0, 08 – твердых.

СКЛЕИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ

Склеивание металлов основано на способности некоторых неметаллических материалов образовывать достаточно прочные связи с металлом. Клеи для металлов обычно приготовляют на основе термореактивных или термопластичных полимеров, которые после отверждения обладают достаточно высокой механической прочностью (когезионная прочность) и хорошим сцеплением с металлом (адгезионная прочность).

Клеи на основе термореактивных полимеров позволяют получить прочные и теплостойкие соединения. По отношению к температуре они являются необратимыми системами. Клеи данной группы применяют в силовых соединениях.

Клеи на основе термопластичных полимеров обладают меньшей прочностью и более низкой теплостойкостью. С повышением температуры клеевой слой размягчается и склеенные поверхности разъединяются.

По внешнему виду клеи для металлов можно разделить на жидкие, пастообразные, пленочные и порошкообразные.

В зависимости от температуры отверждения различают клеи горячего и холодного отверждения. «Холодные» клеи не требуют подогрева в процессе склеивания, но обладают меньшей прочностью и теплостойкостью в сравнении с «горячими» клеями.

Различают одно- и многокомпонентные клеи. В состав многокомпонентного клея как правило входят отвердители клеевого состава; растворители, препятствующие преждевременному отверждению клея и облегчающие его нанесение на склеиваемые поверхности; инициаторы, ускоряющие процесс отверждения клеевого слоя; наполнители и пластификаторы, позволяющие получить клеевой слой с требуемыми физико-механическими свойствами и стабилизаторы, замедляющие процесс старения клея в процессе эксплуатации.

Многокомпонентные клеи можно разделить на две основные группы. К первой относятся клеи, представляющие растворы различных пленкообразователей или их смесей в органических растворителях. Ко второй – клеи, отверждающиеся при введении специальных добавок.

Наибольшее распространение при склеивании металлов нашли клеи на основе фенол-формальдегидных, эпоксидных, полиуретановых, полиамидных полиэфирных и кремний-органических смол.

Физико-механические свойства клеевых соединений металлов в значительной степени зависят от технологии склеивания, основными этапами которой являются:

- подготовка поверхностей к склеиванию (очистка и обезжиревание);

- приготовление клеевого состава (правильность дозировки отдельных компонентов);

- нанесение клея на поверхность (способ нанесения клея, его количество, режимы подсушивания нанесенного клея перед соединением поверхностей);

- отверждение клеевого слоя (продолжительность выдержки, температура и давление в процессе отверждения);

Толщина клеевого слоя оказывает существенное влияние на прочность соединения. Ее увеличение вызывает рост внутренних напряжений и увеличение числа дефектов в полимерной прослойке, следствием чего является снижение прочности соединения. Для большинства клеев оптимальна клеевая прослойка толщиной 0, 05-0, 1 мм.

Для клеев с испаряющимися растворителями увеличение толщины слоя вызывает снижение прочности соединения вследствие неравномерности распределения полимера в слое и проявления масштабного фактора.

Также на прочность клеевого соединения оказывают влияние условия отверждения клеевого слоя, в частности такие факторы, как температура, давление и продолжительность процесса отверждения.

При использовании клеев, отверждение которых сопровождается испарением растворителя, необходимо создание значительных контактных давлений в процессе отверждения, компенсирующих усадку клеевого слоя и обеспечивающих его большую плотность. Наибольшие давления требуются при использовании пленочных клеев (88 или БФ).

Для клеев, отверждающихся при незначительных усадках без выделения побочных веществ (например, эпоксидных) достаточно обеспечить равномерную толщину клеевого слоя и постоянный контакт склеиваемых поверхностей на время отверждения клеевого слоя.

Значительное влияние на прочность клеевых соединений оказывают конструктивные факторы, в частности, форма и размеры клеевого соединения. В соединениях типа «нахлестка» прочность соединения при сдвиге существенно зависит от толщины склеиваемых деталей и длины клеевого слоя в направлении сдвигающих усилий. Предел прочности клеевого соединения при сдвиге падает по мере увеличения длины нахлестки, что связано с неравномерным распределением напряжений по длине. С увеличением толщины склеиваемых деталей и при неизменной длине нахлестки предел прочности клеевого соединения при сдвиге возрастает.

Выбор клея в каждом случае определяется конструкцией склеиваемых деталей, условиями эксплуатации и возможностями ремонтного предприятия.

На ремонтных предприятиях склеивание применяют для следующих работ:

- соединения частей разрушенных деталей;

- заделка свищей, трещин и раковин;

- посадка втулок в гнезда взамен запрессовки, приварки или пайки;

- восстановление и упрочнение прессовых посадок подшипников качения и скольжения;

- фиксация сменных деталей;

- наложение заплат;

- герметизация неплотностей в резьбовых, фланцевых и сварных швах;

- наклеивание фрикционных накладок.

Наиболее широкое применение в практике ремонта нефтегазопромыслового оборудования нашли эпоксидные клеи, применяемые для устранения сквозных свищей в нефтяных резервуарах (Уфа) и трубопроводах, соединения различных деталей трубопроводной арматуры, насосного и компрессорного оборудования, герметизации неразъемных соединений в теплообменной аппаратуре и др.

Применение клеев значительно упрощает технологический процесс ремонта деталей, ускоряет его и снижает стоимость ремонта.

Недостатки клеевых соединений:

- невысокая температура эксплуатации (как правило, не превышает 200-300º С);

- склонность к «старению» при воздействии различных внешних факторов;

- низкая прочность при неравномерном отрыве.

Рисунок 25 – Схемы клеевых соединений труб, валов и листовых материалов

ГОСТ 18322 – 78 «Виды и методы Технического Обслуживания и Ремонта»

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Т.О. – это комплекс операций для поддержания работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировке.

Ремонт – это комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделия и восстановлению ресурсов изделия или его составных частей.

Система ТО (ремонта) – совокупность взаимосвязанных средств, документации ТО и ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества изделия.

Метод ТО и ремонта – совокупность технологических и организационных правил выполнения ТО или ремонта.

Периодичность ТО или ремонта – это интервал времени или наработки между данным видом ТО или ремонта или последующим таким же видом или более сложным.

Цикл ТО – наименьшие повторяющиеся интервалы времени или наработка изделия, в течение которых выполняются в определенной последовательности в соответствии с требованиями нормативно-технической документации все установленные виды ТО.

Ремонтный цикл – то же самое что и ТО.

Запасная часть – составная часть изделия, предназначенная для замены находящихся в эксплуатации.

Комплект запасных частей – это запасные части, инструменты, принадлежности и материалы, необходимые для проведения ТО и ремонта в зависимости от назначения и особенности использования.

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

ТО при использовании – техническое обслуживание при подготовке к использованию по назначению и техническое обслуживание после окончания использования.

ТО при хранении – техническое обслуживание при подготовке к хранению, хранении и окончании хранения.

ТО при транспортировке – техническое обслуживание при подготовке к транспортировке, транспортировке и ее окончании.

Периодическое ТО – это техническое обслуживание в эксплуатации, выполняемое через установленные согласно документации значения наработки или интервалы времени.

Сезонное ТО – это техническое обслуживание, выполняемое для подготовки изделия к эксплуатации в различные периоды года.

ТО в особых условиях – примерами особых условий являются природные или другие, оговоренные в отраслевой нормативно-технической документации, характеризуемые эксплуатацией в экстремальных пределах параметров.

Регламентированное ТО – техническое обслуживание, предусмотренное нормативно-технической документацией и выполняемое с периодичностью и в объеме, указанном в ней независимо от технического состояния изделия.

ТО с периодическим осмотром – техническое обслуживание, при котором контроль технического состояния изделия выполняется с установленными НТД периодичностью и объемом, а объем установленных операций определяется техническим состоянием изделия в момент начала ТО.

ТО с непрерывным контролем – техническое обслуживание, предусмотренное НТД и выполняемое по результатам непрерывного контроля технического состояния изделия.

МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Поточный метод ТО – это техническое обслуживание на специализированных рабочих местах с определенной технологической последовательностью и ритмом.

Децентрализованный метод ТО – это метод выполнения технического обслуживания персоналом и средствами несколькими подразделениями организации или предприятия.

Централизованный метод ТО – это метод выполнения технического обслуживания персоналом и средствами одного подразделения или предприятия.

Метод ТО эксплуатирующим персоналом – методы выполнения технического обслуживания персоналом, работающим на данном оборудовании или изделии при использовании его по назначению.

Метод ТО специализированным персоналом – метод выполнения технического обслуживания персоналом, специализирующимся на выполнении операции данного вида ТО.

КЛАССИФИКАЦИЯ (виды и методы ТО)

1. В зависимости от этапа эксплуатации

- ТО при использовании

- ТО при хранении

- ТО при перемещении

- ТО при ожидании.

2. В зависимости от периодичности выполнения

- периодическое ТО

- сезонное ТО.

3. В зависимости от условий эксплуатации

- ТО в особых условиях.

4. В зависимости от регламентации выполнения

- регламентированное ТО

- ТО с периодическим контролем

- ТО с непрерывным контролем.

5. В зависимости от организации выполнения

- поточное ТО

- централизованное ТО

- децентрализованное ТО

- ТО обслуживающим персоналом

- ТО специализированным персоналом

- ТО эксплуатирующими организациями

- ТО специализированными организациями

- ТО организацией изготовителем.

ВИДЫ РЕМОНТА

1. По степени восстановления ресурса

- капитальный ремонт

- средний ремонт

- текущий ремонт

2. По планированию

- плановый

- внеплановый

3. По регламентации выполнения

- регламентированный

- ремонт по техническому состоянию

4. По сохранению принадлежности ремонтируемых частей

- обезличенный ремонт

- необезличенный ремонт

5. По организации выполнения

- агрегатный ремонт

- поточный ремонт

- ремонт эксплуатирующей организацией

- ремонт специализированной организацией

- ремонт организацией изготовителем.

ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

Испытания – вид инженерной деятельности, содержание которой в получении опытным путем количественной или качественной информации о характеристиках, параметрах или свойствах технического объекта, его составных частей деталей или элементов, а также протекающих процессах при его функционировании, необходимой для принятия решений по вопросам, возникающим при создании или конструировании технического изделия или его эксплуатации и использовании. (ГОСТ 16504 - 81)

Целью испытаний является получение ответа на два вопроса:

- соответствие указанных характеристик, параметров или свойств объекта тем или иным требованиям и условиям;

- разработка адекватных математических моделей, используемых при проектировании или эксплуатации технического объекта и идентификация этих моделей.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ

1. По условиям проведения

- лабораторные

- стендовые

- полигонные

- натурные

- эксплуатационные

2. По целям

- исследовательские

- контрольные

- сравнительные

- доводочные

- сертификационные

- аттестационные

3. По организации проведения

- государственные

- ведомственные

- межведомственные

4. По характеру принимаемых решений

- приемочные

- предварительные

- приемосдаточные

- предъявительные

- типовые

5. По способу получения информации

- нормальные

- ускоренные

- испытания с использованием моделей

- укороченные

6. По оцениваемым свойствам

- функциональные

- испытания на усталость

- испытания на прочность

- испытания на вибростойкость

- испытания на технологичность

7. По применяемым методам исследования

- неразрушающие методы

- разрушающие методы

8. По воздействию внешних факторов

- механические

- климатические

- термические

- химические

- радиационные

На начальной стадии проектирования в основном используются исследовательские испытания. Весьма большой объем испытаний приходится на этап изготовления.

Когда производятся серийные технические объекты, проводят заводские испытания (время от времени) и проверку качества выпускаемой продукции.

В процессе эксплуатации проводят испытания с целью диагностики технического состояния объекта и локализации тех дефектов, которые появились в процессе эксплуатации объекта.

При любых видах испытаний решают четыре основные задачи:

1. Разработка плана или программы испытаний;

2. Осуществление испытаний и измерение параметров;

3. Обработка результатов испытаний (расшифровка результатов, определение статистических характеристик, оценка достоверности результатов испытаний);

4. Интерпретация полученных результатов, формирование выводов и рекомендаций.

5.

ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

НЕИСПРАВНОСТИ ПРОБКОВЫХ КРАНОВ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ