Учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Технология обслуживания, ремонта и консервация судов для специальности 1-37 03 02 Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта

Дробеструйная очистка (ДС) принципиально мало чем отличается от пескоструйной. В качестве рабочего тела используют колотую чугунную или стальную дробь. Давление сжатого воздуха и производительность при ДС несколько выше, чем при ПС. Процесс очистки сопровождается значительным пылеобразованием, требует больших затрат по сбору и регенерации дроби. Практического применения для очистки корпусов судов не получила.

Дробеметная очистка (ДМ) корпусов судов при ремонте осуществляется специальными установками (рисунок 1.43). В этих установках рабочее тело (колотая дробь) из накопителя по приемному патрубку 1 поступает на лопасти распределительного колеса 2, которое выбрасывает дробь на лопасти рабочего колеса 3, вращающегося вместе с распределительным колесом. С рабочего органа установки колотая дробь под действием центробежной силы направляется на обрабатываемую поверхность 5 и за счет кинетической энергии совершает работу по отделению продуктов очистки. Отработавшая дробь через патрубок 4 поступает в сборный бункер и затем снова в расходный накопитель.

1 – приемный патрубок; 2 – распредилительное колесо; 3 – рабочее колесо; 4 – патрубок; 5 – обрабатываемая поверхность

Рисунок 1.43 – Схема дробеметной очистки корпусов судов

Процесс очистки ведется непрерывно. Уплотняют стык очистной камеры и обрабатываемой поверхности несколькими рядами капроновых щеток.

Производительность дробеметной очистки днищ и бортов судов соответствующими агрегатами при проведении опытных работ достигает 45 м2/ч с высоким качеством очищенной поверхности. Область применения этого метода очистки при ремонте корпусов судов ограничена из-за высокой скорости абразивного изнашивания рабочих органов установки, сложности регенерации дроби и низкой надежности агрегатов.

В судостроительном производстве стационарные дробеметные установки применяют в составе поточных линий для первичной обработки листового проката.

Гидроабразивная очистка (ГА) на практике нашла ограниченное применение. Сущность ее состоит в том, что в рабочую зону очистки под давлением подают воднопесчаную смесь (пульпу). В аппаратах гидропескоструйной очистки смешивание песка с водой происходит на выходе этих компонентов из сопла рабочей головки. Для предотвращения интенсивного окисления очищаемой поверхности в воду добавляют

101

(до 1,0 % по объему) антикоррозийный раствор. Производительность гидроабразивной очистки до чистого металла составляет до 15 м2/ч. Практическое использование этого процесса требует вполне определенных климатических условий.

Гидродинамическая очистка (ГД) корпусов судов является одним из наиболее современных процессов. Она обеспечивает высокую производительность до 35 м2/ч при ручной очистке и до 100 м2/ч при механизированном перемещении многосопловых головок. При гидродинамической очистке используют насосы и аппараты высокого давления (до 100 атм).

Рабочим телом при гидродинамической очистке является вода, которую подают (рисунок 1.44) от насоса 1 высокого давления к многосопловым головкам 2. Производительность Sor гидродинамической очистки гиперболически возрастает (рисунок 1.45) при увеличении давления Рс струи жидкости.

1 – насос; 2 – многосопловые головки

Рисунок 1.44 – Схема гидродинамической очистки корпусов судов

Рисунок 1.45 – Производительность гидродинамической очистки в зависимости от давления жидкости

Применение гидродинамической очистки так же, как и гидроструйной ограничено по климатическим условиям. К недостаткам этой очистки относят большое количество используемой воды (до 15 т/ч), которое при нахождении судна на слипе приводит к техническим и экологическим проблемам.

102

Гидродинамическая очистка пригодна для обработки любых по протяженности и форме наружных поверхностей, относительно несложно поддается механизации и автоматизации.

Защита корпусов судов лакокрасочными материалами.

Окраска корпусов судов при ремонте представляет собой основной метод защиты от коррозии. Около 80% всех поверхностей защищают от коррозии лакокрасочными материалами. Объясняется такое положение относительной простотой технологией защиты, доступностью технологической оснастки и материалов.

Окраска корпусов судов на слипах и в доках практически ничем не отличается одна от другой. В обоих этих случаях удобно механизировать технологический процесс нанесения покрытий и обеспечивать его энергией.

Расположение окрашиваемых поверхностей в пространстве и их конфигурации влияют на свободный доступ для проведения работ и могут заметно ограничивать механизацию защиты.

Сезонность судоремонта, низкие температуры и высокая влажность окружающего воздуха в осенне-зимний период сильно ограничивают применение тех или иных лакокрасочных материалов, а также наиболее прогрессивных методов нанесения покрытий.

Лакокрасочные материалы для окраски судовых конструкций выбирают с учетом температуры и метода нанесения покрытия, продолжительности его сушки, срока годности компонентов, группы сложности окрашиваемых поверхностей.

При ремонте судов для антикоррозийной зашиты лакокрасочными покрытиями используют следующие материалы:

•фосфатирующие грунтовки ВЛ-02, ВЛ-08, ИЛ-023 (толщина однослойного покрытия 10-15 мкм);

•фенолформальдегидные грунтовки ФЛ-ОЗК, ФЛ-ОЗКК, ФЛ-03 (толщина однослойного покрытия 15-25 мкм);

•эмали ЧС-510, ЧС-720, обеспечивающее однослойное покрытие толщиной до 35 мкм из-за более высокой вязкости, и др.

Полная номенклатура лакокрасочных материалов, используемых для антикоррозийной защиты корпусов судов речного флота, область их применения и основные характеристики указываются в Правилах окраски судов.

Срок службы лакокрасочного покрытия зависит от качества лакокрасочных материалов и технологии окрасочных работ. Технология окрасочных работ включает в себя подготовку судовых конструкций под окраску, собственно нанесение покрытий и контроль качества антикоррозионной защиты.

Качество лакокрасочных материалов определяется следующими физикохимическими показателями: дисперсностью, вязкостью, смачиваемой способностью, содержанием нелетучего остатка и т.п.

Дисперсность материалов для покрытий хорошего качества должна быть такой, при которой размер частиц пигмента меньше толщины одного слоя краски.

Вязкость лакокрасочных материалов колеблется в широких пределах. Она ограничивает область применения тех или иных методов нанесения лакокрасочных

103

покрытий на судовые конструкции. Вязкость краски определяют чаще всего с помощью вискозиметров ВЗ-4 Численные значения ее составляют от 15–20 до 250–300 с. При необходимости вязкость лакокрасочных материалов уменьшают добавками растворителей, разбавителей и других жидких компонентов.

Количество слоев и длительность сушки антикоррозийного покрытия на судоремонтных предприятиях регламентируют Правила окраски судов, Сплошность защитной краски определяют специальными электрическими дефектоскопами.

Методы нанесения лакокрасочных покрытий.

Судовые конструкции окрашивают маховыми (МК) и валиковыми (ВК) кистями, методами пневматического (ПР) или безвоздушного (БР) распыления.

Нанесение покрытия маховыми или валиковыми кистями, несмотря на низкую производительность Sn соответственно около 25 или 50 м2/ч, является наиболее распространенным на судоремонтных предприятиях (рисунок 1.46).

МК – маховые кисти; ВК – валиковые кисти; ПР – пневматическое распыление; БВ – безвоздушное распыление

Рисунок 1.46 – Гистограмма производительности методов окраски корпусов

Метод пневматического распыления краски при нанесении защитных покрытий значительно производительнее окраски кистями. Он заключается в диспергировании лакокрасочного материала с помощью сжатого воздуха и нанесении его на окрашиваемую поверхность в виде мелкодисперсной аэрозоли.

Преимуществами метода являются: высокая производительность процесса и качество покрытия, пригодность его для покрытия доступных поверхностей любой конфигурации и в любых производственных условиях.

Однако этим методом невозможно наносить грунтовые покрытия из-за большого количества влаги и масла в аэрозольной смеси.

Безвоздушный метод распыления краски заключается в том, что свободная струя лакокрасочного материала размельчается в результате придания ей на выходе из сопла скорости, превышающей критическую. Термин «безвоздушное распыление» весьма

104

условный, так как в таких установках с пневматическими приводами воздух используют для создания высокого давления в насосе, подающем краску к распыляющим соплам.

Аппараты для безвоздушного распыления с пневматическим приводом (рисунок 1.47) работают по схеме, типичной для пневмогидроусилителей (рисунок 1.48). Воздух давлением 0,4–0,6 атм из магистральной сети через редукционный клапан 3 подается в пневмоцилиндр 4. Поршень 5 с плунжером 6 гидравлического насоса, перемещаясь вверх, через фильтр 2 засасывают лакокрасочный материал из сосуда 1 в нижнюю полость гидроцилиндра и нагнетают его, но трубопроводу 7 из верхней полости. При изменении направления движения поршня краска нагнетается к распылителю 10 и через него на окрашиваемую поверхность 11 из верхней и нижней полостей по трубопроводам 7 и 8 через фильтр 9. Реверсирование перемещений поршня пневмоцилиндра обеспечивается системой клапанов, смонтированных в поршне 5, а перекрытие соответствующих трубопроводов и плунжера 6 в том или ином такте работы установки невозвратными клапанами (на схеме не показаны).

Мелкодисперсный факел лакокрасочного материала при безвоздушном распылении получают благодаря мгновенному испарению растворителя при превращении потенциальной энергии сжатой струи в кинетическую на выходе из сопла.

К преимуществам этого метода нанесения защитных покрытий относятся:

1.высокая производительность процесса и качество покрытия;

2.меньшие по сравнению с пневматическим распылением потери краски на туманообразование;

3.возможность использования более вязких лакокрасочных материалов, а, следовательно, меньший расход растворителей и т.д.

В практических условиях для безвоздушного распыления, кроме пневмогидравлической аппаратуры, находят применение установки с электрическим приводом, что заметно расширяет область их применения.

105

Технологический процесс нанесения защитных покрытий на судовые конструкции требует слипования или докования судна для окраски подводной части корпуса.

При защите подводной части корпуса судна для обеспечения ровной и гладкой поверхности, снижения сопротивления воды движению судна предварительно шпаклюют язвенные коррозийные разрушения.

На судовые поверхности наносят несколько слоев лакокрасочного покрытия в зависимости от требуемой толщины и условий эксплуатации судна. Перед нанесением каждого такого слоя краски необходимо высушить предыдущее покрытие. В естественных условиях продолжительность высыхания краски достигает 96 ч.

Толщину покрытия измеряют выборочно на площади 1 кв. м не менее, чем в пяти точках. За действительную толщину принимают среднее арифметическое значение.

Для измерений толщины покрытия используют, в частности, электромагнитный толщиномер МТ-50НЦ, принцип действия которого основан на изменении ЭДС в обмотках датчика при колебаниях расстояния (толщины покрытия) между датчиком и ферромагнитной подложкой (обшивкой корпуса).

1.6Методы восстановления и повышения срока службы деталей и корпуса

судна

1.6.1 Методы восстановления

Восстановление работоспособности и надежности механизмов и устройств при ремонтах производят:

1)заменой изношенных деталей, когда восстановление их невозможно или неэкономично;

2)восстановлением первоначальной геометрии и шероховатости рабочих поверхностей трения путем изменения первоначальных размеров деталей.

3)восстановлением размеров изношенных деталей путем наращивания металла с последующей механической обработкой и др.

В судоремонте применяют следующие виды восстановления: механической обработкой, сваркой и наплавкой, напылением, гальванопокрытиями, склеиванием, при помощи пластмасс, деформированием. На валах применяют электромеханический метод восстановления с добавочным металлом. Подшипники, залитые антифрикционным металлом, перезаливают или наплавляют.

Восстановление механической обработкой. Этим методом восстанавливают первоначальные геометрические формы и шероховатость рабочих поверхностей деталей.

Восстановление сваркой и наплавкой. С помощью сварки заваривают трещины

ввалах, втулках, корпусах механизмов и элементах корпуса судна, приваривают отломанные части деталей и т.д. Наплавкой восстанавливают размеры шеек валов, первоначальную толщину стенок коллекторов котлов в районе местных утонений, устраняют эрозионные износы лопастей гребных винтов и т. д.

В последнее время широко применяют легирование наплавляемого слоя, которое можно осуществить несколькими способами. Наиболее распространено легирование с

106

помощью наплавки легированной проволокой сплошного сечения с использованием соответствующих обмазок, флюсов или защитной газовой среды.

Для наплавки рабочих шеек валов используют хромоникелевую проволоку. Для придания рабочим поверхностям тарелок и седел клапанов большей твердости и износостойкости их наплавляют твердыми сплавами.

Новыми видами наплавки, которые в последнее время применяют в судовом машиностроении и судоремонте, являются дуговая наплавка ленточным электродом, электроимпульсная, плазменная, индукционная и электрошлаковая.

Сущность метода наплавки ленточным электродом состоит в том, что вместо электродной проволоки в зону дуги подается непрерывная лента шириной 20–120 мм, толщиной 0,3–0,8 мм. Широкослойную наплавку электродом выполняют лентами из углеродистых, нержавеющих и цветных сплавов. При наплавке ленточным электродом используют электросварочные автоматы, как и для наплавки электродной проволокой.

Судовые гребные валы, баллеры, штыри рулей и другие цилиндрические детали судовых механизмов и устройств восстанавливают методом наплавки ленточным электродом. Этот метод можно применять при изготовлении биметаллических облицовок на гребные валы путем наплавки слоя нержавеющего либо цветного сплава на основу, изготовленную из углеродистой стали.

При электроимпульсной наплавке к детали, вращающейся в центрах токарного станка, непрерывно подают вибрирующий электрод. Электрод и деталь включены в цепь электрического тока низкого напряжения (18–24 В). При соприкосновении электрода с деталью происходит дуговой разряд, обеспечивающий наплавку металла электрода на деталь.

Плазменная наплавка отличается высокой производительностью, не требует сложного оборудования, позволяет наплавлять тонкие слои (до 250 мкм) металлов, в том числе и тугоплавких, обеспечивает стабильность дугового разряда и возможность регулирования степени нагрева основного и присадочного материалов.

Высокими технологическими и эксплуатационными свойствами отличаются наплавленные покрытия из порошковых хромоникелевых сплавов, легированные бором и кремнием.

Эффективным способом нанесения самофлюсующихся твердых сплавов на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей является индукционная наплавка. Во время вращения шихта равномерно распределяется за счет действия центробежных сил. Окончательное формирование наплавленного слоя происходит так же, как и при центробежном литье.

Перспективным методом восстановления изношенных поверхностей деталей является электрошлаковая наплавка и сварка. При данном технологическом процессе нагрев и плавление металла совершается за счет тепла, выделяемого током, проходящим через шлаковую ванну после ее наведения.

Электрошлаковая сварка наиболее производительна для изделий, имеющих толщину 50 мм и более, она имеет следующие достоинства:

−позволяет сваривать изделия практически неограниченной толщины;

−полностью исключает тяжелый труд сварщика;

107

−обеспечивает высокие механические свойства металла шва и равномерное распределение напряжений по всему сечению изделий;

−позволяет отказаться в ряде случаев от последующей термообработки для снятия внутренних напряжений.

Для электрошлаковой сварки применяют сварочные полуавтоматы и автоматы. Для сварки алюминиевых и алюминиево-магниевых сплавов применяют

аргонодуговую сварку как неплавящимся, так и плавящимся электродом. При сварке неплавящимся электродом между изделием и электродом возникает дуга с выделением тепла, при котором плавится присадочный пруток, вносимый в зону сварки. В качестве неплавящихся электродов применяют вольфрамовые прутки диаметром 1–6 мм. Присадочную проволоку выбирают в зависимости от химического состава основного металла и от требований, предъявляемых к металлу сварного шва.

Значительную трудность представляет сварка чугунных деталей. Известно несколько способов сварки чугуна:

−горячая с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры

600–650° С;

−полугорячая (подогрев до температуры 300–400° С);

−холодная (без предварительного подогрева) с армированием и без армирования наплавленного металла стальными шпильками для разгрузки хрупкой переходной зоны.

При полугорячей и холодной сварках используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:

−легирование наплавленного металла элементами графитизаторами с тем, чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;

−легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, которые обладают большей прочностью, чем цементит;

−введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;

−применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплавленном металле получение различных сплавов цветных металлов (медно-никелевых, медножелезных, железо-никелевых и др.), обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.

Для облегчения труда сварщиков и повышения производительности труда применяют механизированные способы сварки порошковой проволокой, обеспечивающей легирование и получение в наплавленном металле состава, соответствующего серому чугуну.

Для горячей сварки чугуна используют порошковую проволоку марки ППЧ-3 (углерода – 4,54–5,0%, кремния – 3,3–4,0%), для полугорячей – ППЧ-2 (углерода – 5,74–

108

6,5%, кремния – 3,3–4,0%), для холодной – ППЧ-1 (углерода – 6,5-7,0%, кремния – 3,8– 4,2%).

Для полугорячей и холодной сварки применяют электроды из никелевых чугунов (никеля до 29%), а также из низкоуглеродистой проволоки (Св-08, Св-08А) с легирующим покрытием, содержащим достаточное количество графитизаторов (углерода и кремния), например, электроды марки ЭМЧС.

Для холодной сварки чугуна применяют электроды марки ЦЧ-4 из низкоуглеоодистой проволоки (Св-08, Св-ЖА.) с ферро-ванадиевым покрытием (феррованадия – 66%), а также медно-никелевые из монель-металла (НМЖМц28-2,5- 1,5) содержащего до 75% никеля, марки МНЧ-2.

А.И. Ивановым предложен способ холодной сварки чугуна (авт. свид. № 339358, опубликовано 24.5.72, бюллетень № 17, ЦНИИПИ) с предварительной обработкой свариваемых кромок активным углеродопоглотителем, в качестве последнего используется негашеная известь. После нанесения извести на кромки производят местный нагрев до температуры 400–600° С.

В результате содержание свободного графита в поверхностном слое серого чугуна уменьшается до процентного содержания, соответствующего низкоуглеродистой стали, на глубине 3–4 мм – среднеуглеродистой и на глубине 6 мм – высокоуглеродистой стали. При нагреве происходит реакция СаО+ЗС = СаС2+СО. Обезуглероживание можно производить трехкратно.

Последующую сварку выполняют стальными электродами с принудительным охлаждением места сварки до температуры 50–60° С водой. Для этого свариваемую деталь помещают в воду так, чтобы поверхность под сварку выступала на 2–3 мм над водой.

Восстановление напылением. Этот метод используют не только для восстановления размеров изношенных деталей, но также для защиты от коррозии металлов и декоративных покрытий, ликвидации брака литья и др.

Процесс напыления осуществляют специальными аппаратами – металлизаторами путем распыливания расплавленной проволоки и нанесения распыленного металла на подготовленную поверхность детали. Металлизируемой поверхности для лучшего сцепления с напыляемым металлом придается повышенная шероховатость (грубо опиливается, нарезается специальная резьба и т.д.). Проволока в металлизаторе может расплавляться электрической дугой, токами высокой частоты, кислородноацетиленовым пламенем или плазмой. При использовании электрической дуги или токов высокой частоты распыливание производят сжатым воздухом. Частицы металла в жидком или пластичном состоянии попадают на поверхность детали, сцепляются с ней и между собой и образуют слой металла. Плотность получаемого слоя зависит от его толщины и расстояния сопла аппарата от металлизируемой поверхности.

Это расстояние равно 100–200 мм. Распыливанием можно нанести слои толщиной

0,25–12,00 мм. Достоинства способа:

1.высокая скорость нанесения покрытия;

2.возможность нанесения покрытия из любого металла и получения больших

толщин;

3.высокая износостойкость покрытия;

109

4.низкая стоимость;

5.невысокий нагрев основного металла (до 50–70° С) и др.

К недостаткам относятся невысокая прочность сцепления покрытия с основным металлом и низкие механические свойства самого слоя по сравнению с литым металлом.

Широкие возможности имеет плазменное напыление, а именно:

1.высокая температура плазмы, позволяющая применять для напыления любые тугоплавкие материалы;

2.обеспечивается более высокая плотность покрытий;

3.лучшая сцепляемость с основным металлом вследствие высокой скорости и температуры плазменного потока;

4.возможность регулирования в широких пределах режима напыления, в зависимости от требований и технологии;

5.высокая производительность напыления (например, для керамических порошков выше в 6–10 раз).

Плазменное напыление дает возможность получать покрытия, обладающие лучшим комплексом физико-химических и механических свойств, чем при электролитическом хромировании.

Значительный интерес представляет детонационный метод нанесения покрытий. К преимуществам покрытий, нанесенных этим методом (по отношению к описанным), относится их высокая прочность сцепления и высокая плотность (пористость менее 1%). Данный метод обеспечивает возможность нанесения любых материалов на любые подложки без изменения свойств материала основы.

Кроме того, только данный метод позволяет наносить металлокерамические твердые сплавы на основе карбидов вольфрама, хрома и титана. При этом свойства покрытий практически не отличаются от свойств аналогичных твердых сплавов, полученных методами спекания. Высокие эксплуатационные свойства покрытий, получаемых методом детонационного напыления, позволяют радикально (в 5–10 раз, а

внекоторых случаях в 20–30 раз) повысить износостойкость и коррозионную стойкость узлов и деталей.

Сущность метода детонационного напыления заключается в следующем:

1)в трубу – ствол вводят заряд взрывчатой газовой смеси и определенную дозу порошка напыляемого материала;

2)с помощью электрической искры или взрывчатого вещества поджигают газовую смесь. В результате фронт пламени распространяется вдоль ствола с возрастающей скоростью и порождает детонационную волну, скорость распространения которой составляет 2–4 км/с;

3)возникший высокоскоростной поток придает необходимое ускорение напыляемому порошку и наносит его в виде покрытия на изделие. При этом деталь обычно не нагревается выше 250° С.

Высокие скорости напыляемых частиц (600–1000 м/с, что в 4–7 раз выше, чем при плазменном и газопламенном напылении) позволяют получать покрытия высокого качества. В качестве взрывчатых смесей используют смеси ацетилена, водорода, метана, пропана или бутана с кислородом или воздухом. Рекомендуемыми противоизносными

110