15 Восстановление деталей способом дополнительных ремонтных деталей
Дополнительные ремонтные детали (ДРД) применяются при восстановлении изношенных деталей под номинальные размеры. На изношенную поверхность предварительно обработанной заготовки устанавливают специально изготовленную дополнительную деталь.
Дополнительные детали (рисунок 1) изготавливают в виде втулок, гильз, колец, резьбовых ввёртышей, зубчатых венцов и т. п. Этим способом восстанавливают блоки цилиндров, гнёзда клапанов, посадочные отверстия под подшипники качения в картерах коробок передач, задних мостов, ступиц, корпуса масляных и водяных насосов, отверстия с изношенной резьбой в корпусных деталях и другие детали.
Крепление дополнительной детали осуществляют за счёт гарантированного натяга, привариванием в нескольких точках или по всему сечению торцовой поверхности, установкой стопорных винтов либо шпилек (для крепления втулок, резьбовых ввёртышей).
Рисунок 1 – Элементы деталей, восстановленных установкой ДРД
Сборку дополнительной и ремонтируемой деталей выполняют обычно за счёт посадки с гарантированным натягом, при этом происходит изменение размеров втулки. При напрессовке её на вал наружный диаметр увеличивается, а при запрессовке в отверстие уменьшается внутренний диаметр.
Независимо от способа соединения посадка втулки с натягом должна гарантировать прочность соединения (от проворачивания, перемещений).
Условие прочности соединения, воспринимающего при эксплуатации статическую осевую силу S, выражают неравенством S < PЗ, где РЗ – усилие запрессовки, Н, которое определяется по формуле:
РЗ= fП pπdl
где fП – коэффициент трения при запрессовке (принимается в пределах 0,05–0,20 в зависимости от металла сопрягаемых деталей); р – давление на контактной поверхности, Па; d и l – диаметр и длина контактной поверхности соответственно, м.
Путём замены части детали восстанавливают дорогостоящие элементы конструкции. Изношенная часть детали удаляется, а вновь изготовленная соединяется с деталью с помощью сборочных операций (напрессовки, сварки, пайки). Этот вид ремонта может привести к появлению пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей. Он применяется при ремонте кузовов, рам, кабин.
16 Сварка в процессах создания ремонтных заготовок
Сварка – это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми (свариваемыми) частями при их местном нагреве (сварка плавлением), пластическом деформировании или совместном действии того и другого (сварка давлением). Сварка в ремонте машин служит для соединения между собой деталей или их частей, закрепления дополнительной ремонтной детали (ДРД) или накладок и устранения трещин. В зависимости от вида используемой энергии сварочные процессы разделяют на три класса: термические, механические и термомеханические.
Сварка термического класса основана на использовании тепловой энергии и включает такие её виды, как: электродуговая, электрошлаковая, газовая, индукционная, плазменная, термитная, электронно-лучевая и др. Сварка механического класса (сварка трением, ультразвуковая и др.) содержит те её виды, которые используют механическую энергию. Сварка термомеханического класса (контактная, диффузионная, газопрессовая, взрывом и др.) основана на применении тепловой и потенциальной энергии давления.
Сварной шов и его дефекты. Сварной шов состоит из наплавленного металла, слоя переменного состава наплавленного и основного металла и зоны термического влияния, металл которой нагревался и охлаждался вследствие теплопередачи. В сварных швах при их образовании появляются наружные и внутренние дефекты.
К наружным дефектам относятся горячие и холодные трещины, подрезы, наплывы и непровары.
Горячие трещины во время сварки углеродистых сталей возникают при температуре 1200–1350°С во время кристаллизации наплавленного металла.
Холодные трещины образуются при температуре ниже 400°С. Этим дефектам подвержены мартенситные и перлитные стали при их быстром охлаждении. Трещины распространяются из наплавленного металла в основной.
Подрез – это канавка у края шва. Он получается при сварке током большой силы или горелкой большой мощности.
Наплыв происходит при быстром плавлении электрода или прутка и недостаточном нагреве свариваемого металла.
Непровар характеризуется плохой связью или ее отсутствием между наплавленным и основным металлами. Возникает при недостаточном нагреве свариваемого металла, малом угле разделки кромок, небольшом токе или мощности горелки, а также из-за большой скорости сварки.
К внутренним дефектам относят пережоги, шлаковые включения и газовые поры.
Пережог – это неисправимый дефект сварного шва, образующийся при пребывании металла в окислительной среде в жидком состоянии или при температуре, близкой к температуре плавления. Характеризуется появлением на границах зерен сплошных оксидных пленок.
Шлаковые включения образуются при сварке длинной дугой или окислительным пламенем.
Газовые поры – это пузырьки СО, СО2, Н2 и других газов. Они возникают при использовании влажных электродов, неправильной регулировке горелки и плохой очистке поверхностей.
Сварка стали. Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми видами сварки, не подвержены существенной закалке при сварке, поэтому после неё не проходят термическую обработку. Применяют тонкообмазанные электроды Э-42. Газовая сварка нашла наибольшее применение при заварке трещин, наложении заплат, приварке обломов и сварке тонколистового металла при ремонте кузовов, кабин, кожухов, баков.
При сварке высокоуглеродистых и среднелегированных сталей во избежание закалки и образования трещин применяют предварительный нагрев до 300°С с последующим отжигом или отпуском.
Среднеуглеродистые (сталь 30, 35 и др.) и низколегированные стали с содержанием углерода 0,3-0,4% твердостью до 250 НВ относятся к удовлетворительно свариваемым материалам. Для сварки
применяют электроды типа Э-42 и Э-50. Заготовки сложной формы и толщиной стенок более 15 мм сваривают с предварительным подогревом до 200°С. После сварки производят отпуск при 650 °С. Газовую сварку выполняют только при положительной температуре окружающей среды.
Ограниченно свариваются стали 45 и 50 и низколегированные стали с содержанием углерода до 0,45 %. Заготовки сваривают электродами типа Э-50А. Для заготовок из марганцовистых сталей с толщиной стенок до 4 мм применяют сварку газовую, ручную дуговую, под флюсом и в среде диоксида углерода. Заготовки после сварки проходят нормализацию.
Плохо свариваются стали с содержанием углерода >0,55 % и низкоуглеродистые стали с цементированными рабочими поверхностями. Их следует сваривать электродами марок 12АН-ЛИИВТ, Т-590 или ЭН-400. Для предупреждения образования трещин на границе сварки с цементованным слоем заготовку необходимо подогреть до температуры 150-200 °С.
Сварка чугуна. Сварка чугуна усложнена его низкой пластичностью и склонностью к отбеливанию. Последнее объясняется большим содержанием углерода, выгоранием кремния и быстрым охлаждением металла. При этом углерод не успевает выделиться в виде графита и остается в химически связанном состоянии в виде цементита Fe3C. При усадке чугуна возникают значительные внутренние напряжения. Кроме того, образующиеся при сварке чугуна тугоплавкие оксиды создают на поверхности сварочной ванны твёрдую корку, которая препятствует свободному выходу газов из расплавленного металла, что приводит к образованию пор. Для получения мягкой перлитно-ферритной структуры необходимо, чтобы процесс графитизации происходил более полно. Этому способствует присутствие С, Si. Al, Ti, Ni и Сu. Введение в состав наплавочных материалов кислородсодержащих компонентов способствует максимальному удалению остаточного углерода. Карбидообразующие элементы W, Cr. V и Мо связывают углерод в труднорастворимые карбиды.
Чугун сваривают дуговой (в том числе порошковой проволокой), газовой или аргонодуговой сваркой. Применяют два основных способа сварки чугуна: горячий (с подогревом заготовки) и холодный (без подогрева). При горячей сварке кромки чугунной заготовки предварительно разделывают, а затем заготовку нагревают до температуры 600–650°С. Сварку ведут газо-кислородным пламенем. Холодная сварка чугуна проще. Применяют следующие ее виды: газовую, ручную и полуавтоматическую стальными электродами и электродами из цветных металлов и сплавов.
Сварка цветных металлов. Алюминиевые сплавы характеризуются плохой свариваемостью. На поверхности нагреваемой заготовки образуется пленка штатного, химически стойкого и тугоплавкого оксида. Температура его плавления 2160°С. в то время как самого алюминия 659°С. При нагреве до 400–500°С сплав теряет свою прочность и заготовка может разрушиться даже под действием собственного веса. Поверхности заготовок перед сваркой очищают от загрязнений, а за 2–4 ч до сварки их обезжиривают растворителями. Алюминий и его сплавы сваривают одним из следующих способов: ручной дуговой сваркой плавящимся или неплавящимся электродами; газовой сваркой с применением флюсов или без них; аргонодуговой сваркой. Оксидную пленку удаляют шабрением, флюсами или катодным распылением. Широкое распространение при восстановлении деталей из алюминиевого сплава получила аргонодуговая сварка на переменном токе. В этом процессе кромки заготовки и присадочный материал расплавляются теплом электрической дуги, образующейся между вольфрамовым неплавящимся электродом и заготовкой. При этом из сопла горелки непрерывно подается аргон, который окружает дугу, создает сосредоточенный нагрев и предохраняет расплавленный металл шва от вредного влияния кислорода и азота воздуха.
Свинец. Его сварка также сопровождается образованием сравнительно тугоплавких оксидов с температурой плавления 888°С (температура плавления свинца 327°С). Сварку ведут нейтральным ацетиленокислородным пламенем или с применением газов – заменителей ацетилена. Присадочным материалом служит свинцовая проволока или полоса. В качестве флюса применяют стеарин или состав из равных частей стеарина с канифолью, которыми натирают присадочный материал.
Медные сплавы. Их сварка характеризуется хорошей свариваемостью, которая несколько ухудшается за счет легкой окисляемости расплава и образования закиси меди, способствующей образованию трещин и газовых включений. Применяют электродуговую сварку током прямой полярности при плотности на электроде 200–400 А/см2 под флюсом (94–96% буры и 4–6% магния), в защитных газах и плазменную.