Проактивные ремонты в горно-металлургической отрасли

добавляют наполнители (табл. 2.5). Такие подшипники переносят запыленную среду, успешно работают при колебательном движении [28].

Фирма «Wolf» изготавливает антифрикционный материал SEDEX (www.zedex.de), заменяющий чугун, бронзу, полиамид, фторопласт, текстолит. Он снижает износ в сравнении с бронзой в 5…10 раз и дает возможность работы без смазки. Стоимость деталей на 30…40% ниже аналогичных из бронзы, т.к. плотность материала в 6 раз меньше. Поставки в виде листов толщиной 1…100 мм, прутков Ø до200 мм, труб Ø до350 мм.

2.3. Улучшение смазывания механизмов

Виды смазки.

Смазка представляет собой прослойку, которая в той или иной степени переводит внешние трение (большое по величине) сопрягающихся поверхностей во внутреннее трение (небольшое по величине) смазочного материала. При этом резко снижаются силы трения и износ. Кроме того смазка оказывает благоприятное демпфирующее и охлаждающее воздействие на механизмы.

Различают жидкостную смазку, когда трущиеся поверхности разделяет сплошной устойчивый слой смазочного вещества. Она создается особым устройством подшипников скольжения и применением насосов.

Граничная смазка представляет собой более тонкий, прерывистый слой масла. Он получается в результате свободного размещения на поверхностях трения смазочных веществ.

Граничная смазка может быть из микрочастиц твердого вещества с низким коэффициентом трения (Графит, MoS2, фторопласт…), наносимых натира-

нием. Еще её называют твердой граничной смазкой.

В60-х годах, в СССР было зарегистрировано научное открытие № 41 – «эффект безызносности» [28]. Его суть в том, что из смазки, содержащей ионы или мелкодисперсные частицы твердого смазочного вещества, на поверхностях трения осаждается тонкий (субмикронный) слой этого вещества. За ним признается способность изнашивания и восстановления по мере увеличения зазора между поверхностями трения. Таким образом, несмотря на трение и изнашивание, первичные поверхности деталей остаются без износа. Отсюда происхождение термина «эффект безызносности». Пленки, формирующиеся в результате этого эффекта, представляют собой твердую граничную смазку.

В30-х годах 20 века стал известен эффект Ребиндера. Он показал, что трение способен снижать чрезвычайно тонкий (невидимый в оптический микроскоп) слой поверхностно-активных веществ (ПАВов). В связи с этим его можно называть «невидимой граничной смазкой».

21

Смазочные материалы.

Масла. Исторически первыми применялись масла животного и растительного происхождения. В последней четверти 19 века началось производство дешевых минеральных масел из нефти. Но они оказались не так хороши, поэтому совершенствовали их выработку и улучшали антифрикционными, износостойкими, противопенными и др. присадками.

К середине 20-го века относится появление синтетических масел. Имея низкую вязкость, мало зависящую от температуры, и химическую стабильность они обеспечивают лучшие смазочные свойства, благодаря чему достигается снижение трения и износа по сравнению с нефтяными маслами [29].

Пластичные смазочные материалы получаются загущением масел мылами и др. веществами. Конструктивная простота узлов, работающих на пластичных смазках, делает пластичные смазки предпочтительнее жидких масел, если только это не снижает износостойкости пар трения.

Твердые смазочные вещества.

Некоторые твердые вещества (графит, дисульфид молибдена, фторопласт) благодаря пониженному коэффициенту трения, используются в качестве смазки. Твердая смазка не выдавливается из зоны трения при высоких давлениях, не испаряется, химически устойчива, что составляет её превосходство перед маслами и пластичными смазками. Но коэффициент трения у твердых смазок выше, поэтому они используются преимущественно в экстремальных случаях: при высоких температурах, глубоком вакууме, ударных нагрузках, в узлах малодоступных обслуживанию, т.е. когда применение других смазок не возможно или не оправдано.

Твердые смазки плохо удерживаются на металлических поверхностях, поэтому их вводят в другие вещества. Примером может быть полиамид NYLATRON NSM – литой нейлон 6, содержащий твёрдое смазочное вещество, которое увеличивает до 5 раз допустимые значения давления и скорости при трении (www/plastspb.ru). Введение в состав пластичной смазки ВНИИНП-207 порошкового фторопласта (новое название ВНИИНП-207F) формирует из него на поверхностях трения пленку, увеличивающую ресурс подшипников, снижающую шум и вибрацию, позволяющую работать после испарения смазки (tompflon.ru). Коллоидный графит используется для приготовления различных смазок. Дисульфид молибдена входит в состав суспензии ВНИИНП-212 из карба- мидно-формальдегидной смолы и этилового спирта. После намазывания на поверхность она самопроизвольно твердеет, создавая слой твердого смазочного вещества.

Эпиламы. Для нанесения ПАВа на поверхность трения на западе был разработан раствор, названный «Эпилам». В дальнейшем новые растворы ПАВов

22

по аналогии продолжали именовать эпиламами, присваивая каждому оригинальное название (марку). В настоящее время выпускаются эпиламы широкого применения на основе фторированного ПАВа [30]. Например, 0,05% раствор перфторполиэфирной кислоты 6МКФ-180 в Хладоне 113 (эпилам Эфрен-2). «Эпиламовая невидимая смазка» не отменяет применения обычной смазки, но повышает её эффективность. Кроме того, во время перебоев в подаче основной смазки эпиламовая пленка способна предохранять поверхности от «схватывания» и быстрого выхода из строя. Эпиламирование предусматривает предварительное обезжиривание поверхности, смачивание её эпиламом и сушку на воздухе, что вполне доступно к применению в ремонтах и техническом обслуживании.

Добавки к маслам. Для достижения «эффекта безызносности» в масла добавляют1 особо мелкие порошки как мягких (медь, серпентинит, фторопласт), так и твердых (керамика, алмазы) материалов. Медные добавки плохо удерживаются на поверхности, поэтому требуется их постоянное присутствие в смазке. Серпентинит диффундирует в поверхность с созданием прочного слоя с низким коэффициентом трения. Твердые частицы алмаза и керамики, заполняя микронеровности, создают некоторое подобие подшипника качения. Таким образом, добавки к маслам (Хадо, Вагнер, Форум и т.д.) снижают трение и восстанавливают износ без разборки механизмов.

Износ направляющих станка затруднял нарезание резьбы на арматуре Ø68мм: требовалось 3-5 проходов, при этом часто выходил из строя двигатель. Добавка медно-свинцового порошка в СОЖ восстановила направляющие до блеска, а резьба стала нарезаться за один проход [31].

В систему смазки подшипников (D280/180мм) инерционных решеток для выбивки деталей из литейных форм из-за перегрева каждые 3 часа доливали по 10 литров масла. Во время перебоя в его поставке ролики обоих подшипников обработали добавкой «Wagner Universal-Micro-Ceramic-Oil», содержащей мик-

рокерамику, на что ушло 200г. Подшипники без заливки масла отработали обычный срок 10 суток, после чего произошел типичный раскол наружной обоймы. Таким образом, за счет добавки без ущерба долговечности подшипников получена экономия масла И-20 в количестве ~800 кг.

Итак, современные смазочные материалы увеличивают наработку пар трения, способны восстанавливать износ без разборки механизмов, упрощают обслуживание машин.

1 «Добавки», создающие эффект безызносности, следует отличать от «присадок», которые вносятся в масла при их производстве.

23

3.ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОДЕКС РЕЦИКЛИНГА

3.1.Восстановление износа и кодекс рециклинга

Восстановление - означает перевод в первоначальное состояние. Но это не ремонт, предполагающий замену изношенного неизношенным.

Износ повреждает лишь незначительную часть поверхности деталей. На её восполнение требуется меньше материалов, чем на изготовление новой детали. Соответственно сокращается трудоемкость работ, объем загрязняющих выбросов, размер экологических платежей. В совокупности перечисленное делает восстановление экономически предпочтительнее изготовления новых деталей.

Восстановлением изношенных деталей стали заниматься сразу же с появлением первых машин. Первоначально применялись механические методы закрепления на изношенных поверхностях восполняющих износ элементов. С изобретением гальванических покрытий (1838г) их стали применять для восстановления износа. Первооткрыватели сварки Бенардос Н.Н. и Славянов Н.Г. (80-е годы 19в) использовали свои способы для наращивания слоя металла на изношенные поверхности. В настоящее время для восстановления применяется нанесение химических, полимерных и др. покрытий.

Несмотря на экономическую привлекательность, восстановление длительное время рассматривали лишь как выход из затруднительного положения при нехватке новых запасных частей. Это было связано с тем, что при эксплуатации восстановленные детали быстрее новых выходили из строя. И только в последней четверти 20-го века, когда прогресс в технологиях восстановления позволил восстановленным деталям работать не хуже новых, отношение к восстановлению изменилось. Кроме того, было принято во внимание, что запасы полезных ископаемых на земле быстро истощаются, поэтому ко всему произведенному необходимо относиться более бережливо.

Вышеперечисленное послужило обоснованием тому, что принцип «секонд хенд» был перенесен из бытовой сферы в производственную в виде индустриального кодекса рециклинга. Согласно ему, восстановлению подлежат практически все отработанные детали и части машин, а чтобы восстановление было удобным и дешевым его надлежит предусматривать уже при проектировании. При этом, если не получается использование восстановленных деталей по прямому назначению, им следует изыскивать альтернативное применение.

Примером рециклинга в промышленности может служить то, что с 1993г США практически не производит новых танков М 1 (Абрамс). Утратившие работоспособность или нуждающиеся в улучшении машины разбираются на ча-

24

сти, корпусные детали восстанавливаются с учетом модернизации, а затем собираются с новым навесным оборудованием. При этом модернизация танков обходится почти вдвое экономичнее изготовления новых (http://topwar.ru).

В 2002г индустриальный кодекс рециклинга был закреплен в виде международного стандарта ISO-22628, а в 2003г Морская организация (IMO) при ООН приняла резолюцию А.962(23) о рециклинге судов. В апреле 2005 года Европарламент, следуя кодексу рециклинга, принял запрет на переплавку в «третьих» странах списанных танкеров. Их теперь разбирают в Европе для восстановления и повторного употребления составляющих частей, агрегатов, деталей. Таким образом, кодекс рециклинга стал частью экономической политики развитых государств.

Для рассмотрения способов восстановления, составляющих основу кодекса рециклинга, воспользуемся их группировкой на рис.3.1.

СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОСА

Рис. 3.1. Способы восстановления износа

Способы восстановления разбиты на группы по видам взаимодействия восстанавливающих покрытий с основой детали. Механические способы предполагают силовое (упругопластическое) воздействие на восстанавливаемую поверхность; металлургические – образование монолитного соединения между основой и восстановленным слоем, адгезионные – предполагают наличие физической границы между ними.

При восстановлении одновременно рассматривают возможность (за счет восстанавливающего материала) придания рабочим поверхностям повышенной износостойкости. В этих случаях восстановленные детали работают лучше новых. Наплавка и напыление стали применялись в производстве новых деталей лишь после того, как восстановленные детали создали новым конкуренцию. Например, на Пермском моторном заводе в 70-х годах внедрили восстановле-

25

ние 56 наименований авиационных деталей напылением. Когда было установлено, что их ресурс превышает новые в 2-3 раза, напыление стали применять сразу при изготовлении новых деталей. К середине 80-х номенклатура напыляемых деталей возросла до ~500 единиц [32].

3.2.Способы восстановления износа

Механические способы восстановления.

Распространено восстановление шеек валов и подшипниковых гнезд в корпусах оборудования установкой втулок. Изношенная поверхность вала протачивается под меньший размер, на неё по посадке с натягом надевается втулка (рис.3.2), которая затем протачивается согласно размеру чертежа. Аналогичным образом, но с проточкой изношенной поверхности на больший размер, восстанавливаются отверстия в корпусах.

адгезионным и металлургическим способам восстановления.

Рис. 3.3. Восстановление износа пластическим деформированием: 1 – деталь, 2 – накатной ролик, 3 – сглаживающий ролик. Диаметр детали:

D0 – в состоянии износа, D1 – после накатки,

D2 – после сглаживания.

S = 3f

26

Восстановление износа адгезионными покрытиями.

Адгезия – молекулярная связь между соприкасающимися поверхностями двух твердых или жидких тел. У твердых тел она небольшая, на порядок меньше прочности самих тел. Удержание силами адгезии в быту называют «прилипанием». Из-за небольшой величины адгезионных сил, покрытия при работе могут отслаиваться. Для восстановления износа применяются гальванические, полимерные, напыленные и др. покрытия.

Гальванические покрытия осаждаются на поверхность деталей из электролита при прохождении электрического тока. Низкая производительность процесса (5..10 мкм/час) и небольшая сила сцепления заставляют ограничивать их толщину долями миллиметра, что соответственно ограничивает возможность использования их для восстановления износа. Наиболее применяемо гальваническое хромирование, но оно из-за выделения канцерогенного 6- валентного хрома заменяется современными высокоскоростными технологиями напыления [34].

Напыленные покрытия. Напыление изобретено швейцарцем М. Шоопом: в 1913г – газопламенное, в 1920 – электродуговое. В 50-х годах с появлением плазмотронов их применили для напыления жаростойких оксидов. В 90-е за счет совершенствования газопламенного процесса получена его разновидность – детонационное напыление (высокоскоростное). Имея все присущие адгезионным покрытиям недостатки (небольшая толщина и низкая прочность сцепления с основой) напыление все же находит применение в промышленности за счет возможности покрывать поверхности разнородными основе материалами.

Основная трудность при напылении состоит в необходимости поддержания контролируемой чистоты и влажности рабочей атмосферы при абразивоструйной обработке и непосредственно напылении, ибо в противном случае не обеспечить надежного сцепления покрытия с основой. Затраты по поддержанию высокой культуры производства дополняются значительными вложениями в оборудование, материалы, квалификацию персонала. По этим причинам напыление применяется преимущественно в авиационной и космической промышленности.

Полимерные покрытия разработаны в начале 60-х годов ХХ века. Еще они известны как ремонтные композиционные материалы (РЕКОМ). Представляют собой пасту из связующей матрицы (эпоксидной смолы с отвердителем), пластификатора, придающего хрупкой смоле эластичность, и наполнителя. В качестве последнего используют железный, графитовый, чугунный порошки, цинковую пыль, алюминиевую пудру и прочее. На очищенную и обезжиренную поверхность наносятся в виде пасты, которая самопроизвольно твердеет.

27

Плохо сцепляются с легированными сталями и промасленными в процессе эксплуатации поверхностями. Для преодоления этого недостатка восстанавливаемые поверхности целесообразно подвергать абразивоструйной обработке, но она может быть заменена электроискровой обработкой [35]. Примеры ремонтных композиционных материалов приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Свойства ремонтных композиционных материалов (www.anacrol.ru)

Для употребления состава АНАКРОЛ в смолу с наполнителем мелкими порциями добавляют отвердитель и тщательно (не менее 10 мин) перемешивают. Время хранения приготовленной смеси – не более 3-х часов. Отвержение – 24 часа при нормальной температуре. Отвержденную мастику можно подвергать окраске, сверлению, точению, нарезанию резьбы и проч. Не вызывает коррозии, стойка к воздействию воды, растворов солей, нефтепродуктов.

Таблица 3.2. Анаэробные клеи для фиксации изношенных соединений (www.nicp.ru)

Для восстановления фиксации цилиндрическх, резьбовых и фланцевых соединений используются анаэробные клеи (табл. 3.2), увеличивающиеся в объеме при полимеризации.

Металлургические способы восстановления износа.

Иначе они называются наплавкой. Существуют различные её разновидности (электродуговая, газопламенная, лазерным лучом …), но наибольшее применение получила электродуговая наплавка. Прочность сцепления наплавленных покрытий с основой высокая(находится на уровне прочности их материалов), в чем преимущество наплавки перед напылением и другими адгезионными покрытиями. Но наплавка может сопровождаться значительными деформациями и вызывать внезапные (хрупкие, усталостные) разрушения. Однако эти недостатки научились преодолевать, и они не представляют значительного препятствия к применению наплавки.

28

Наплавляться могут большинство известных машиностроительных сталей и сплавов [36], что позволяет одновременно с восстановлением износа увеличивать износостойкость восстановленных деталей. Для этого подбирают износостойкий наплавочный материал.

Так в середине 50-х годов 20в на Украине для восстановления валков горячей прокатки из углеродистой стали 50 применили наплавку легированной жаропрочной сталью 3Х2В8, что увеличило их стойкость в ~ 10 раз [37]. В конце 90-х ООО «Композит» (Н. Тагил) разработал восстановление вместо переклепки изношенных лопаток роторов эксгаустера. Это не только вдвое снизило время и стоимость ремонта, но и в 1,5-3,0 раза увеличило наработку лопа-

ток [6].

Существует достаточно много доступных рекомендаций по выбору наплавочных материалов [36], краткий перечень которых приведен в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

Назначение наплавочных материалов

Наплавка удобно может совмещаться с финишным упрочнением. Идея состоит в том, чтобы производить наплавку материалом, не создающим затруднения для механообработки, а увеличение износостойкости обеспечить

29

финишным упрочнением. Например, плунжера насосов высокого давления наплавляют проволокой с твердостью HRC 40, допускающей обточку, а максимальная твердость HRC 65 достигается последующей карбонитрацией [38]. В результате срок службы плунжеров возрос с 3-х мес. до 3-х лет.

3.3. Ускорение ремонтной сварки

Горно-металлургическое оборудование часто содержит крупногабаритные и дорогостоящие части большой массы (станины прессов, корпуса дробилок …). Их длительная эксплуатация приводит к появлению трещин, заварку которых обычно выполняют по месту нахождения оборудования. При этом одно из главных требований к ремонтной сварке – её быстрое выполнение, во избежание длительных простоев и потерь объемов основного производства.

На практике распространенным способом сокращения ускорения сварки является закладывание разделок прутками. Многие бригады сварщиков всегда имеют в наличие набор таких прутков разного диаметра, которые обнаруживаются даже в швах, прошедших дефектоскопию. Но это приводит к повторным трещинам и создает порочный круг частых ремонтов. Ниже рассматриваются приемы ускорения ремонтной сварки без ухудшения качества.

Разделка трещин.

Наиболее быстро разделка трещин осуществляется воздушно-дуговой строжкой (ВДС), Она проста, не требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации персонала. В результате ДВС формируется разделка с гладкой поверхностью (рис.3.4), благоприятной для качественной сварки. Важно, что при проведении ВДС хорошо видны трещины и вероятность, что они будут удалены не полностью, мала, тогда как при разделке абразивным кругом они заволакиваются и не просматриваются. Оставлять же трещины неразделанными недопустимо, т.к. они стано-

вятся причиной повторных разрушений.

В качестве недостатков ВДС обычно указывают на термические напряжения, вызывающие развитие разделываемых трещин, на закалку и науглероживание зоны термического влияния (ЗТВ). Избежать роста трещин позволяет прожигание с помощью ВДС отверстий вблизи концов

30