Metod_2542

изготовителей автомобилей, строительных машин и т.п., а также на небольших узкоспециализированных предприятиях.

Восстанавливают главным образом блоки цилиндров, головки блоков, коленчатые и распределительные валы, шатуны, маховики и другие дорогие и металлоемкие детали.

Для восстановления деталей применяют известные способы устранения дефектов: ручную и механизированную наплавку легированными проволоками, газопламенное напыление высоколегированными порошками, электролитические покрытия и др.

Технологические процессы отличаются высоким уровнем проработки, применением оборудования, приспособлений и инструментов высокого класса, тщательностью выполнения операций.

Опыт зарубежных фирм по восстановлению деталей заслуживает внимания в плане использования высококачественных ремонтных материалов, ремонтного и контрольного оборудования высокого класса, оснащения и технологии контрольных операций, применения маршрутной технологии и механизированных поточных линий восстановления деталей.

Вто же время нужно отметить, что за рубежом отсутствует опыт организации массового восстановления деталей, который наработан рядом отечественных ремонтных предприятий, и прежде всего авторемонтными предприятиями.

Целесообразность восстановления деталей определяется сокращением затрат на материалы и снижением стоимости работ, связанных с устранением дефектов, т.е. работ, предшествующих механической обработке.

По данным многих исследователей, средние затраты на материалы при изготовлении новых деталей составляют 38 %, при восстановлении — 6,6 % от общей себестоимости. Средние затраты на материалы и выполнение работ, предшествующих механической обработке заготовок, при изготовлении деталей составляют 76,5 %, при восстановлении — 45,8 %.

Встоимости работ, предшествующих механической обработке заготовок, при изготовлении учитываются затраты на выполнение термических, кузнечно-прессовых, литейных и других работ. При восстановлении в стоимости аналогичных работ учитываются затраты на устранение дефектов сваркой, металлизацией, пластическим деформированием и другими способами.

93

Затраты на материалы при устранении дефектов различными способами, по данным НИИАТа, колеблются от 0,3 до 36 % от

– замена части детали механической обработкой — 36,0.

По наиболее трудоемким маршрутам восстановления деталей полная себестоимость составляет 48,5 %, а по усредненным данным всех маршрутов эта величина составляет 17 % от себестоимости изготовления одноименных деталей.

Затраты на материалы и выполнение различных видов работ при изготовлении и восстановлении деталей грузовых автомобилей ГАЗ и ЗИЛ, в процентах к полной себестоимости изготовления, представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

94

По данным табл. 3.1 можно сделать вывод, что основным ис-

точником ресурсосбережения при восстановлении деталей машин является существенное сокращение затрат на материалы и выполнение работ, предшествующих механической обработке заготовок (на устранение дефектов изношенных деталей).

Вместе с тем затраты на механическую обработку при восстановлении больше, чем при изготовлении деталей как по зарплате (20 %), так и по зарплате с суммарными накладными расходами (54,2 %), хотя площадь обрабатываемых поверхностей при восстановлении в среднем в 4 раза меньше, чем при изготовлении. Такие результаты можно объяснить высокой трудоемкостью обработки единицы площади восстанавливаемых деталей. Трудоемкость механической обработки одного квадратного дециметра при восстановлении деталей автомобиля ЗИЛ в 3,2–13,4 раза больше, чем изготовление их на автозаводах.

Велика доля и слесарных работ в общей трудоемкости восстановления деталей.

Исследования, проведенные М.А. Масино, В.М. Кряшковым, В.Т. Смирновым по другим автомобилям и тракторам, показали, что распределение затрат при изготовлении и восстановлении деталей подчиняется вышеописанным закономерностям.

Большое различие в трудоемкости восстановления и изготовления деталей объясняется низкой концентрацией производства по восстановлению изношенных деталей на ремонтно-механических заводах, крайне недостаточным количеством специализированных предприятий, цехов и поточных линий этого назначения.

Мелкосерийный тип производства при восстановлении деталей предусматривает широкое применение универсального металлорежущего оборудования и такой же технологической оснастки.

В результате на один металлорежущий станок приходится примерно 10 переналадок в месяц.

Универсальные приспособления требуют большого вспомогательного времени на установку, закрепление и выверку детали. Доля основного (машинного) времени в структуре штучного времени снижается с 70–80 % при изготовлении до 30–40 % при восстановлении. Большое количество переналадок увеличивает и долю под- готовительно-заключительного времени в штучном времени.

95

О существенном влиянии величины годовой программы ремонта на трудоемкость восстановления деталей свидетельствуют результаты анализа фактических данных изменения трудовых затрат при ремонте автомобиля ГАЗ-53-03, представленные на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Изменение трудоемкости восстановления деталей автомобиля ГАЗ-53-03 в зависимости от производственной программы предприятия Т: 1 — детали двигателя; 2 — детали заднего моста

Характер изменения кривых показывает, что увеличение годовых программ, выше 8–12-ти тыс. капитальных ремонтов двигателей и задних мостов, не вызывает стабилизации трудоемкости восстановления их деталей. При увеличении концентрации производства трудоемкость продолжает снижаться. Представленные данные свидетельствуют о том, что оптимизация концентрации производства по восстановлению деталей наступает при значительно больших годовых программах, чем на разборочно-сборочном производстве. Это дает основания предполагать, что наибольшую экономическую эффективность восстановления широкой номенклатуры деталей можно получить на крупных специализированных предприятиях, оснащенных поточными линиями, специальным и специализированным оборудованием для устранения дефектов и механической обработки.

Способы восстановления деталей можно разделить на две группы:

первая группа — способы наращивания изношенных поверхностей;

вторая группа — способы обработки, включая и упрочняющую обработку.

К способам наращивания, т.е. компенсации износа, авторы относят сварку и наплавку, металлизацию, пайку, нанесение электролитических покрытий и полимерных материалов.

96

К способам обработки отнесены обработка давлением, слесарная и механическая, электрическая, упрочняющая и другие виды обработки.

Устранение дефектов деталей сваркой (наплавкой) заклю-

чается в том, что компенсационный слой металла наносится в жидком состоянии на изношенную поверхность и соединяется с ней методом сплавления. Для расплавления наносимого металла и подложки детали используется тепло электрической дуги или плазмы.

Способ применяется также для устранения механических повреждений деталей (трещины, пробоины, отколы и т.п.).

Устранение дефектов газотермическим напылением (ме-

таллизацией). При этом способе наращивание изношенной поверхности производится напылением предварительно расплавленного металла. Однако сплавления напыляемого металла и подложки не происходит, в результате напыленный компенсационный слой имеет свойства, отличные от наплавленного.

Устранение дефектов электролитическими покрытиями.

Из большого количества гальванических покрытий наибольший интерес для ремонтного производства представляют хромирование и осталивание. В основе этих способов наращивания лежит процесс электролиза, качественную и количественную стороны которого описывают законы Фарадея.

Устранение дефектов пластическим деформированием.

При этом способе устранение дефектов достигается за счет пластического перераспределения объемов металла изношенной детали, материал которой обладает пластичностью.

Механический способ устранения дефектов. Слесарно-меха-

ническая обработка может выступать как самостоятельный способ восстановления деталей под ремонтные размеры постановкой дополнительных деталей, а также составной частью технологического процесса восстановления в виде комплекса операций, выполняемых до и после устранения дефектов.

Устранение дефектов деталей пайкой достигается за счет образования неразъемного соединения металлических изделий (деталей) в твердом состоянии при введении в зазор между ними расплавленного припоя. При пайке кромки соединяемых деталей нагревают до такой температуры, при которой припой полностью

97

расплавляется, смачивает поверхности и возбуждает диффузию с материалом соединяемых деталей.

Термическая обработка применяется в ремонтном производстве как составная часть технологического процесса восстановления деталей. При этом термообработка служит для повышения прочности, износостойкости, ударной вязкости, упругости, пластичности, для улучшения обрабатываемости, а также для стабилизации формы и размеров детали или снятия внутренних напряжений.

Термообработка может выступать как самостоятельный способ устранения дефектов. Например, изношенные поршневые пальцы, изготовленные из стали 12ХН3А, могут быть увеличены в диаметре обработкой холодом: превращение остаточного аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема материала.

Электрические способы обработки основаны на эрозии ме-

талла детали под действием искровых электрических разрядов. Этот вид обработки может применяться как самостоятельный

способ устранения дефектов при нанесении металлопокрытий и как часть техпроцесса восстановления деталей при подготовке поверхностей для последующего нанесения металлопокрытия или при финишной обработке деталей.

3.2. Устранение дефектов сваркой и наплавкой

3.2.1. Общие сведения

Сварка и наплавка в ремонтном производстве получили широкое распространение как прогрессивные и высокопроизводительные способы устранения дефектов деталей.

Существует два способа дуговой сварки: с применением угольного электрода и плавящегося (металлического).

В первом случае дуга горит между деталью и угольным (неплавящимся) электродом, в дугу вводят присадочный металлический пруток.

При сварке (наплаве) угольным электродом используется только постоянный ток. Такая сварка применяется для устранения дефектов деталей, изготовленных из чугуна, цветных сплавов, при наплавке деталей твердыми сплавами.

При сварке и наплавке плавящимся электродом можно применять как постоянный, так и переменный ток. Способ позволяет

98

сваривать и наплавлять углеродистые и легированные конструкционные стали, чугун и цветные сплавы.

Постоянный ток при сварке металлическими электродами применяется для обеспечения обратной полярности (минус источника тока подключается к изделию) при работе с тонкостенными (тонколистовыми) деталями, с легкоплавкими сплавами, а также с высокоуглеродистыми и высоколегированными сталями, чувствительными к нагреву. Обратная полярность позволяет меньше нагревать изделие, так как температура дуги на катоде меньше, чем на аноде.

Горение дуги характеризуется следующими параметрами:

плотность тока — около 18–20 А/мм2;

напряжение дуги — 18–20 В при сварке металлическими электродами, 30–35 В при сварке угольными или графитовыми электродами.

Полное количество тепла, выделяемого сварочной дугой, q0, Дж/с, определяется по формуле

q0 JU ,

где J — величина тока, А; U — напряжение дуги, В.

Количество тепла, вводимого в свариваемую деталь, q, Дж/с,

меньше q0 и называется эффективной тепловой мощностью дуги,

определяется по формуле

q JU ,

где — КПД нагрева металла дугой.

При сварке угольным электродом = 0,50…0,75, металлическими электродами с тонким покрытием — = 0,50…0,60, метал-

лическими электродами с толстым покрытием — = 0,70…0,85. КПД нагрева металла дугой существенно меньше единицы,

так как процесс нагрева идет за счет тепла, вносимого в свариваемую деталь каплями расплавленного материала электрода, тепла, выделяющегося в пятне дуги на свариваемом материале, и тепла теплообмена между этим пятном и столбом дуги.

Величина тока при сварке и наплавке выбирается в зависимости от диаметра электрода по формуле

J kd,

99

где d — диаметр электрода, мм; k — коэффициент пропорциональности, k = 35…55 А/мм.

Производительность сварки Q, г, характеризуется количеством расплавленного электродного металла в единицу времени и определяется по формуле

Q kn Jt ,

где kn — коэффициент наплавки, г/(А ч); J — величина тока, А; t

— время горения дуги, ч.

Коэффициент наплавки зависит от материала электрода, состава покрытия, а также рода и полярности тока. В среднем зна-

чение коэффициента составляет 7–12 г/(А ч).

Один из важнейших параметров режима наплавки — скорость наплавки vн, см/ч, — определяется по формуле

ví FkJ ,

где F — площадь поперечного сечения шва, см2; — плотность наплавленного металла, г/см3 (для стали = 7,85).

3.2.2. Влияние кислорода, азота и других элементов на процессы в зоне сварки

При сварке расплавлением происходит взаимодействие между жидким и твердым металлами, газами и шлаками. Последние образуются при расплавлении шлакообразующих компонентов, входящих в состав покрытия электрода или флюса. Газы попадают в зону сварки из окружающего воздуха, а также образуются в результате выгорания элементов, входящих в состав свариваемых материалов.

Основными химическими реакциями при сварке-наплавке являются реакции окисления и раскисления.

Отличительной особенностью указанных реакций является их высокая скорость протекания. Большая скорость окислительного процесса обусловлена высокой температурой капель металла, поступающих с электрода в расплавленную ванну. Температура капель электродного металла составляет 2200–2700 °С.

Состояние жидкого металла сварочной ванны также характеризуется большим перегревом относительно точки плавления свариваемых материалов. Этот перегрев достигает 100–500 °С.

100

Вместе с тем высокая скорость охлаждения при сварке делает окислительные реакции кратковременными. Кислород с железом образуют три окисла:

закись железа — FeO;окись железа — Fe2O3;

закись-окись железа — Fe3O4.

Вместе с железом идет окисление и других элементов: марганца, кремния, хрома и т.д., — входящих в состав присадочного и свариваемого материалов, электродных покрытий и флюсов, с образованием соответствующих окислов — SiO2, MnO и др.

Наиболее опасным из окислов является закись железа FeO, которая имеет плотность больше плотности жидкого расплава, поэтому тонет в нем, образуя неметаллические включения в наплавленном металле. Наплавленные слои и сварочные швы с включениями FeO характеризуются низкими прочностными показателями и бракуются.

Большинство других окислов всплывают на поверхность сварочной ванны и связываются шлаками.

Окисление резко уменьшает содержание некоторых элементов в сварочной ванне, изменяет концентрацию их в сплаве, а также физико-механические или химические свойства материала. Например, при наплавке открытой дугой электродами без покрытий потери на окисление по углероду, марганцу, титану и другим элементам составляют 40–60 %. Особенно важно учитывать эти потери при сварке и наплавке легированных сталей.

Для уменьшения вредного влияния окислов, и прежде всего закиси железа FeO, на свойства сварного шва или наплавленного металла в состав флюса или покрытия электрода вводят раскис-

лители Si, Mn, C, Cr, Ti, V и др.

Эти элементы, имея высокое сродство с кислородом, подавляют процесс образования окислов железа. Например,

FeO Mn Fe MnO .

Раскислители вводятся в обмазку или во флюс в виде ферросплавов: Fe – Si; Fe – Mn; Fe – Ni и др. Ферросплавы являются продуктами доменного производства и выпускаются металлургической промышленностью.

101

Азот взаимодействует с железом по двум направлениям:

в атомарном состоянии образует твердые растворы, растворяясь в решетке -Fe при кристаллизации;

образует химические соединения Fe2N, FeN, MnN, SiN, называемые нитридами.

Нитриды наблюдаются в виде неметаллических включений в структуре шва или наплавленного слоя металла. Нитриды отрицательно влияют на механические характеристики шовного или наплавленного металла.

Уменьшение насыщения металла азотом достигается увеличением содержания кремния и углерода во флюсе или в обмазке электрода.

Влияние водорода на качество наплавленного металла также можно оценить отрицательно. Под действием тепла дуги водород

диссоциирует с образованием атомарного водорода H2 2H . Ато-

марный водород активно растворяется в жидкой сварочной ванне и при кристаллизации вновь объединяется в молекулы Н2, образуя газовые раковины и поры. Эти дефекты очень часто являются местом зарождения трещин и причиной хрупкого разрушения металла в холодном состоянии. Источником насыщения жидкого металла водородом является окружающий воздух или влага на поверхности детали, во флюсе и в покрытии электрода. Поэтому электроды и флюс перед применением подвергаются прокаливанию.

3.2.3.Кристаллизация и охлаждение наплавленного металла

Кристаллизация жидкого наплавляемого металла начинается при охлаждении до температуры, соответствующей линии ликвидуса диаграммы состояния. При этом из жидкого расплава выпадает твердая фаза — кристаллы. Данный процесс называется первичной кристаллизацией. Кристаллизация начинается у поверхности наплавляемой детали (рис. 3.1), в зоне неполного расплавления (сплавления) 2. В поверхностных слоях 2 и 3 кристаллизация идет с максимальной скоростью, поэтому здесь металл будет иметь мелкозернистое строение. Кристаллизация развивается в направлении, противоположном теплоотводу, который на рис. 3.2 схематично обозначен стрелками.

102