Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Причины износа и методы восстановления деталей. Методические указания и тестовые задания
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра
«Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств»
Н.Г. КАЦ, Е.М. АБУТАЛИПОВА, А.А. ЛЕВИ
ПРИЧИНЫ ИЗНОСА И МЕТОДЫ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Методические указания
Самара
Самарский государственный технический университет
2021
1
Печатается по решению методического совета нефтетехнологического
факультета (протокол № 4 от 12.04.21 г.).
УДК 620.19(07)
ББК 34.66я73
К 30
Кац Н.Г.
Причины износа и методы восстановления деталей: методические
указания и тестовые задания / Н.Г. Кац, Е.М. Абуталипова, А.А. Леви. – Самара:
Самар. гос. техн. ун-т, 2021. – 44 с.
Составлены в соответствии с учебной программой «Причины износа и
методы восстановления деталей» и содержит сведения, позволяющие обучающимся студентам, бакалаврам и магистрам самостоятельно ознакомиться с теорией процесса разрушения деталей, выполненных их сталей и разработать методы их восстановления. Материал поможет глубже изучить, полученные знания по износу оборудования и способам восстановления конструкций.
Методические указания пригодны студентам, бакалаврам, аспирантам и
магистрам очной и заочной форм обучения. Они помогут более глубоко изучить вопросы ремонта и замены оборудования нефтегазового дела.
Ре ц е нз е н т: канд. хим. наук, доцент кафедры «Химическая техноло-
гия и промышленная экология» Самарского государственного технического университета Б.Ю. Смирнов
УДК 620.19
ББК 34.66я73
К 30
© Н.Г. Кац, Е.М. Абуталипова,
А.А. Леви, 2021
© Самарский государственный
технический университет, 2021
2
ВВЕДЕНИЕ
На производственных предприятиях все оборудование в основном изготовлено из стали различного состава. Сталь – это сплав железа с углеродом с добавлением различных легирующих элементов,
повышающих жаростойкость и жаропрочность. Обычно в стали содержится не менее 45 % железа и 0,02–2,14 % углерода, при большем
содержании углерода такой сплав называется чугуном.
Стали классифицируют [5] по назначению, химическому составу, качеству и структуре.
По назначению они бывают: конструкционными, нержавеющими или коррозионно-стойкими, инструментальными, жаропрочными
и криогенными.
По химическому составу подразделяются на углеродистые стали
и легированные [5]. Углеродистые стали, в свою очередь бывают
низколегированные, с содержанием углерода до 0,25 % и высоколегированные, содержащие 0,6–2,0 % углерода.
По способу получения стали подразделяются на обыкновенного
качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Такая классификация определяется содержанием примесей в
сплаве в виде неметаллических включений.
По структурному составу стали бывают аустенитного, мартенситного, ферритного, бейнитного и перлитного состава [5]. Качественной считается сталь однородной фазы, но она может содержать
две и более фаз, тогда она считается многофазной.
Для расшифровки стали необходимо знать значения цифр и
букв, входящих в маркировку стали, которые обозначают те или иные
химические элементы и их содержание в сплаве. Для обозначения
высококачественной стали в конце маркировки ставится буква А, что
означает незначительное содержание таких легирующих элементов,
как сера и фосфор.
3
Если в конце маркировки стоят буквы «кп», означает, что сталь
кипящая, если «пс» – полуспокойная и «сп» – спокойная. Такая маркировка подразумевает степень раскисления стали.
Рассмотрим, как же влияют те или иные легирующие элементы
на свойства стали [5].
Углерод способствует увеличению твердости и прочности стали, но уменьшает ее пластичность.
На поверхности таких металлов, как хром, алюминий и кремний (рис. 1), образуется защитная оксидная пленка, которая препятствует проникновению агрессивной среды к поверхности металла,
поэтому эти элементы обладают защитными свойствами [5], придавая
сталям высокую жаростойкость. Обычно максимальное количество
хрома, введенного в сталь, не превышает 30 %, большее содержание
хрома приведет к удорожанию сплава и не изменит физикохимических и механических свойств стали. Кроме того, высокохромистые стали относятся к классу ферритных и трудно поддаются
термообработке.
Рис. 1. Содержание легирующих элементов в стали:
F – отношение скорости окисления сплава к скорости окисления железа
4
Алюминий и кремний также повышают жаростойкость сплава,
их вводят в сталь в пределах 10 и 5 % соответственно [5]. Большее
количество этих компонентов делает сталь твердой и хрупкой, их
трудно обрабатывать механическим способом.
Сера и фосфор – нежелательные элементы в составе стали. Такая сталь обладает слабой износостойкостью, низкой коррозионной
стойкостью и недостаточной пластичностью [5].
Для примера проведем расшифровку коррозионно-стойкой стали аустенитного класса марки 12Х18Н10Т. Первые две цифры означают содержание углерода в сотых долях процентов – 0,12, причем
если в маркировке стали первые цифры отсутствуют, это означает,
что углерода от 1 % и больше. Буква Х – хром, а цифра 18 – его содержание в процентах. Буква Н – никель 10 его содержание, буква Т –
титан, отсутствие цифр означает, что его содержание около 1 %, может быть, 1,5 %.
Износ деталей может быть механическим, когда изнашиваются
трущиеся детали, например вал с подшипником. Износ таких деталей
может носить абразивный характер, а при наличии коррозионно активной среды – коррозионно-механический.
С целью повышения долговечности таких деталей их постоянно
смазывают, что уменьшает трение скольжения поверхностей, или
применяют износостойкие материалы. Можно использовать методы
поверхностного упрочнения или снижать шероховатость поверхностей деталей [1, 3, 7–10].
Для уменьшения молекулярно-механического изнашивания таких деталей, как зубчатые и винтовые пары, подшипник качения и
скольжения, их регулярно и обильно смазывают маслом, что обеспечивает уменьшение удельного давления. Для подшипников качения
применяется регулярная смазка или наносится защитное покрытие в
виде лака или краски, а также металлическое покрытие, применяются
полимерные материалы.
Износ деталей определяется в первую очередь изменением их
формы и размера, увеличением зазора сопряженных деталей, что свя-
5
зано с уменьшением плотности посадки, например, с появлением эффекта биения [10, 11]. Такой дефект может наступить в посадочных
местах подшипников качения или при появлении дефектов вала, таких как бочкообразность, прогиб, перекос и т.д.
Предельный износ оборудования или конструкции наступает,
когда нарушается работоспособность как функция состояния системы, способной работать с установленными паспортными характеристиками. Такое состояние объекта может привести к аварии. Чтобы
этого избежать, оборудование имеет определенный срок межремонтной эксплуатации, по истечении которого оборудование подвергается
капитальному ремонту.
Существует пять видов ремонтных работ: это техническое межремонтное обслуживание, текущий, средний, капитальный и внеплановый ремонт оборудования [15].
Техническое межремонтное обслуживание – комплекс работ
для поддержания работоспособности оборудования между ремонтами.
Текущий ремонт – осуществляется в процессе эксплуатации
для гарантированного обеспечения работоспособности оборудования.
Средний ремонт – включает работы текущего ремонта, а также
замену крупных деталей, освидетельствование и сдачу аппарата, регулировку сборочных единиц, ремонт футеровок и антикоррозионных
покрытий, окраску и испытание аппарата.
Капитальный ремонт – это восстановление исправности и исходных паспортных характеристик оборудования с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые. При этом возможны работы по модернизации этого оборудования, замене на новое,
наиболее удовлетворяющее условиям технологического процесса.
Внеплановый (аварийный) ремонт – проводится в аварийных
ситуациях и может быть любым.
Существуют определенные признаки, по которым можно определить наступление износа оборудования или его детали. Это:
6
1) дефекты в виде трещин, царапин, бороздок, вмятин, обнару-
женные визуально или при помощи увеличительного стекла;
2) изменение формы, геометрических размеров, которые также
просматриваются визуально;
3) изменение звука при ударе о поверхность детали (звонкого на
глухой);
4) появление люфта сопряженных деталей, что может привести
к изменению мертвого хода подвижной системы;
5) изменение степени нагрева детали, что может привести к за-
клиниванию подвижных частей;
6) изменение давления в гидравлических и в пневматических
системах.
Для определения степени износа детали необходимо использовать метод сравнения каких-то величин либо оценить паспортные параметры изделия, т.е. необходимо:
1. Провести микрометрические измерения – определить экс-
плуатационные размеры детали и сравнить с паспортными.
2. Применить метод искусственных баз, например, по измене-
нию глубины риски, нанесенной на поверхность детали.
3. Выполнить оценку эксплуатационных характеристик детали
на наличие холостого хода, мертвой точки, уровня шума изделия
и т.д.
Профилактика проведения ремонтных работ
Такие мероприятия проводятся во время межремонтных работ
обслуживающим персоналом предприятия. К данным работам привлекаются слесари, техники, монтажники, электрики и пр. Они проводят обследование узлов или деталей оборудования и результаты
докладывают в службу технического контроля, которая принимает
решение о необходимости проведения ремонтных операций или замены изношенных деталей, узлов или блоков. Все виды работ прово-
7
дятся во время работы оборудования без его остановки на ремонт.
Они могут осуществляться в выходные или нерабочие дни. Для повышения эффективности проведения профилактических и ремонтных
работ они выполняются в присутствии представителя производства.
Профилактические работы заключаются, например, в ликвидации излишнего зазора и люфта, которые могут привести к биению детали, в мероприятиях по регулировке рабочего положения полумуфт,
натяжению ременной передачи, упругости пружин и т.д. Особое внимание следует уделять регулировке тормозных устройств, которые
обеспечивают безопасную эксплуатацию оборудования, диагностировать систему гидро- и пневмоприводов. После выявления причин
износа обычно детали заменяют на новые, а в отдельных случаях
проводят ремонтные работы по устранению неисправности системы
оборудования [12, 15].
Наплавка
Наплавка – это метод восстановления изношенной поверхности
детали или нанесения защитного или декоративного покрытия на поверхность устройства. Такие мероприятия проводятся при помощи
специального оборудования, например, дуговой или ручной сварки
(рис. 2), причем применимы все режимы работы сварочного поста
(ручная, полуавтоматическая и автоматическая сварка) [12–14].
Рис. 2. Дуговая сварка изношенной поверхности
8
Необходимо грамотно подобрать вспомогательные материалы,
С
Мg
Cr
S
F
такие как сварочные электроды, при сварочных работах запрещено
нарушать технологический процесс, т.к. это может привести к образованию дефектов, непровару, появлению раковин и прочим дефектам детали. Электрод подбирается в зависимости от марки свариваемой поверхности: если это низколегированная сталь, применяют
электроды типа Э-42, УОНИ-13/45П и Э-42А, если это среднелегированная сталь, используют электроды марки УОНИ-13/55 или Э-50А,
для высоколегированных сталей применимы электроды марки
ОЗН-250, ОЗН-300, ОЗН-350, У-340, ОМГ-Н и др. Нанесение сварки
проводят постоянным током обратной полярности с пониженной силой тока, это повышает качество сварного шва для нержавеющих
сталей.
В табл. 1 представлен химический состав наплавленного металла [12–14].
Таблица 1
Массовая доля элементов, %
не более
0,06-0,10 0,60-0,80 0,08-0,13 0,035 0,035
В некоторых случаях проводят закалку изделия до температуры
приблизительно 160оС в течение одного часа, особенно если деталь
значительной толщины, тогда выравниваются температурные условия по всему объему изделия. Толщина наплавляемого слоя металла
колеблется от 2,5 до 4,0 мм [13, 14].
Сормайт № 1 (электрод ЦС-1) после наплавки имеет твердость
HRC 48-52 и последующей термообработке не подлежит; применяет-
ся для восстановления деталей, работающих при постоянной нагрузке
(рис. 3).
9
Рис. 3. Электрод типа ЦС-1
Сормайт № 2 (электрод ЦС-2) после наплавки и отжига можно
легко обрабатывать изделия механическим путем, например, резкой,
а после закалки и отпуска он приобретает твердость HRC 58-62. Применяется для наплавки деталей, работающих при ударных нагрузках.
Порошкообразные смеси (сталинит и др.) наносятся на поверхность
детали и плавятся угольным, графитовым и стальным электродами
или газовой горелкой, а также могут вводиться в состав обмазки
стальных электродов.
При наплавке чугуна деталь нагревают до температуры 600–
700 °С. Газопорошковая наплавка чугуна заключается в напылении
порошка марки НПЧ на нагретую поверхность с помощью специальной ацетиленокислородной горелки ГАЛ-2-68 (рис. 4). Толщина на-
носимого слоя –до 3 мм.
Рис. 4. Горелка типа ГАЛ-2-68
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]