Pokudin_-_Tekhnologia_sudoremonta_-_2007

20

инкубационный период может быть очень длительным, а период разрушения неизмеримо короче. Поэтому, если узел осматривался ранее и трещин не было, не означает, что их не должно быть и далее. При обнаружении в опасных зонах рисок, забоин, следов коррозии их тщательно выводят, с отображением этого события в документах.

Влияние мелких повреждений и воды на усталостную прочность деталей показано в таблице 1.1.

Именно благодаря такому обширному комплексу мер усталостные разрушения крупных деталей являются редким событием.

Во всех случаях появления усталостных трещин требуется безотлагательный ремонт или замена поврежденного элемента.

1.4, Повреждения при фреттинг-коррозии

Фреттинг-коррозия (ФК) возникает на контактных поверхностях охватываемой детали в посадках с натягом, передающих нагрузки циклического характера. Практика показывает, что в таких посадках контакт составляет только часть номинальной площади и носит пятнистый характер —

носят циклический характер, то при условиях Трав > т.; имеются предпосылки локального усталостного разрушения.

Тогда после определенной наработки циклов в зонах контакта образуются микротрещины, которые являются мощными концентраторами напряжений (Кк„

= 3). Таким образом, ФК приводит к образованию концентраторов, которых не было в конструкции.

После образования трещин дальнейшее разрушение идет по законам усталости с поломкой охватываемой детали (вала).

Ярким примером узла, в котором может возникать ФК, является конус гребного вала, на который с натягом устанавливается гребной винт. В 50-ые годы были десятки случаев поломки гребных валов с утерей гребных винтов, что побудило исследовать природу этого явления и находить меры защиты от него. На современном этапе эти меры сводятся к следующему:

а) До посадки гребных винтов их ступицу подгоняют по конусу вала, который в этом случае играет роль эталона. Осуществляется подгонка шабрением или подшлифовкой пятен контакта с целью увеличения площади контакта, что позволяет снизить величину удельных нагрузок в контактах. Подгонка осуществляется в условиях, исключающих изгиб конуса вала и, поэтому, производится с подвешенным валом в вертикальном положении или на специальных стендах, где винт размещают на тележке, перемещением которой по рельсам производят соединение и разъединение винта с валом.

22

В практике судоремонта встречаются случаи посадки гребных винтов с эпоксидными составами. Подгонка ступицы в этом случае не требуется.

B) Строго контролируется обеспечение заданного натяга при посадке винта. Натяг необходим для обеспечения условия, при котором

мтр > К -Мкр,

где К - коэффициент запаса, равный 1,2 - 6 в зависимости от условий плавания и наличия страхующей шпонки.

Такие большие запасы требуются ввиду наличия в валопроводе крутильных колебаний, достигающих 70% Мкр и более. Источником крутильных колебаний является гребной винт.

c)После посадки винта и его стопорения тщательно осуществляется уплотнение ступицы винта от попадания воды на конус вала. Присутствие воды создает условиядля коррозионной усталости, при которой резко снижается величина а.} по сравнению с испытаниями на воздухе (см.рис.1.7).

d)В процессе эксплуатации судна гребной винт при докованиях периодически демонтируют для осмотров конуса вала. При обнаружении фреттинга и

трещин принимают соответствующие меры.

ФК может встречаться и в других посадках с натягом: кулачков распредвалов, вкладышей в головках шатунов и др.

1.5. Наклеп металлов и его последствия

Наклеп (Н) — это изменение свойств металла вследствие холодной пластической деформации. В результате повышаются прочностные характеристики <т„, ат и твердость, но очень сильно снижаются пластические свойства и появляется склонность к хрупкому разрушению, увеличивается склонность к коррозии. С учетом происходящих в металлах изменений Н часто используют в качестве положительного эффекта для повышения сопротивления изнашиванию, предела выносливости ол , для чего прибегают к поверхностному наклепу.

23

При объемном наклепе (по всему сечению) используют прочностные выгоды и отсутствие склонности к пластическим (остаточным) деформациям. Так проволочки стальных канатов обязательно подвергают холодному волочению, в результате чего значительно снижаются сечение и вес каната и он не свивается в спирали после прохождения через блоки.

Однако надо понимать, что детали с наклепом хорошо переносят статические и очень плохо переносят динамические нагрузки. Связано это с тем, что детали, не имеющие наклепа, для своего разрушения требуют работу, пропорциональную площади А под кривой, получаемой при испытаниях на растяжение (рис. 1.13).

Деталь, имеющая изначально наклеп, будет разрушаться при затрате работы, пропорциональной площади В, т.к. часть работы с площадью С уже была затрачена при проведении самого наклепа (рис. 1.14).

Появление наклепа в процессе изготовления, ремонта, разборок - сборок и в эксплуатации может привести к отрицательным последствиям вплоть до образования трещин и разрушений. Рассмотрим ряд примеров.

Пример 1 - Наклеп в шатунных болтах.

Причиной его появления является перегрузка, приводящая к Достижению напряжений, равных пределу текучести материала. Это происходит чаще при заботе двигателя вразнос, при намотках тросов на гребной винт, при ударах

24

лопастями винта о плавающие предметы или грунт и т.п. В таких случаях обязательна проверка шатунных болтов для выявления трещин и наклепа.

К наклепу могут привести и низкие качества материала - недостаточный для данных условий ат. Тогда либо уже при монтаже, либо под воздействием рабочих нагрузок в болтах будет появляться наклеп и их деформация. В таких случаях затяжка болтов ослабевает, и они начинают работать в усталостном режиме и разрываться как хрупкие материалы без образования шейки. Отсюда следует вывод: помимо контроля состояния шплинтов гаек шатунных болтов необходимо периодически проверять его длину в разгруженном состоянии. На наличие наклепа указывает появление остаточной деформации

/)/ = / ,- /0>

где Л1 —остаточная деформация; h —измеренная длина болта;

1а - начальная длина, зафиксированная при изготовлении.

Величина /0 должна фиксироваться с учетной документации и может быть выбита на его головке. Допустимый уровень Л1 устанавливается изготовитель и находится на уровне 0,2% /0. При ее превышении болты бракуются.

Пример 2 - Наклеп в элементах резьбы крепежных деталей. Возникающие при затяжке гаек напряжения в витках резьбы на

отдельных ее участках достигают ат, что приводит к перераспределению между витками воспринимаемых усилий. Причем происходит это не мгновенно, а в течение некоторого времени —десятков и даже сотен часов. Выражается все это в том, что при наклепе в нитках резьбы опорный торец гайки несколько удалится от опорного торца головки болта, что приводит к снижению стягивающих болтом усилий, созданных при затяжке, причем, в отличие от наклепа самого болта, его длина при этом остается неизменной. С учетом этого явления после монтажа и затяжки новых болтов с гайками через некоторый интервал работы предусматривается дополнительная подтяжка. Дальнейшее снижение усилий при наличии наклепа происходит гораздо медленнее и подтяжка может понадобиться через длительный интервал времени.

25

(В инструкции двигателя B&W 50/110 указывается: контрольную подтяжку анкерных связей после их монтажа произвести не позднее 300 ч работы двигателя, в дальнейшем подтяжку производить регулярно через 10 тыс.ч.).

Для поддержания требуемых усилий в крепежных элементах предусматривают следующие меры:

a)производится периодическая контрольная подтяжка гаек; сроки устанавливает изготовитель и может корректировать судовой экипаж;

B) при производстве разборок и сборок гайки не рекомендуется переставлять на другие болты (шпильки); с этой целью их попарно маркируют, а при повреждениях заменяют парами;

c)для замедления скорости снижения усилий может предусматриваться предварительная «тренировка» болтов с гайками (затяжка - выдержка - отдача - затяжка) или использование трубчатых упоров-удлинителей с одновременным удлинением болта, что повышает величину упругой (стягивающей) деформации.

Пример 3 —Малоцикловая усталость металла.

При наличии наклепа металл становится чувствительным к повторным деформациям и в нем, при небольшом числе циклов деформирования, возникают трещины. Такой эффект используют чтобы отломать кусок мягкой проволоки путем нескольких сгибов и разгибов. Аналогичным образом происходит разрыв шатуна при задирах поршня.

В этом отношении уязвимыми являются баллеры пера руля, лопасти гребных винтов, деформируемые при перегрузках в ледовых условиях. Регистром устанавливается предел допустимого скручивания (наклепа) баллера (15°), в пределах которого его можно использовать далее только после снятия наклепа. Холодная (безударная) правка погнутых лопастей гребных винтов допускается, только если загиб не превышает 20°.

Малоцикловая усталость может иметь место и в корпусных конструкциях при плавании в тяжелых штормовых условиях, что подтверждается мировой статистикой гибели судов после их переломов.

26

Пример 4 —Наклеп при монтажных операциях.

Нанесение ударов по торцу вала для снятия полумуфт, подшипников приведет к его наклепу и раздаче, что значительно затрудни дальнейшую разборку. Удары при разборке можно наносить только свинцовыми молотками или через промежуточное тело —выколотку. Удары по поверхностям деталей, работающих в усталостном режиме, способны послужить причиной образования трещин, ибо возникающие забоины являются концентраторами напряжений. Такие забоины вышлифовывают с контролем микротвердости.

Приведенные примеры показывают опасность наклепа в деталях, работающих с цикловыми нагрузками, и поэтому столько внимания уделяется его предупреждению. Снять наклеп и вернуть утраченные характеристики можно только с помощью горячей термообработки - рекристаллизационного отжига.

1.6. Питтинг поверхностей

Питтинг (ГГ) —явление хрупкого выкрашивания металлов на поверхности. Оно возникает на переменных контактах с циклическим характером нагружения. П всегда предваряется смятием поверхностей, что приводит к образованию слоя наклепанного металла, в котором малоцикловая усталость приводит к образованию трещин и выкрашивания. Кинетика развития процесса показана на рис. 1.15. Здесь представлена поверхность детали, по которой производим прокат нагруженного ролика туда и обратно. Если имеет место условие а к >ат, то П будет развиваться в следующие этапы: I —образование зоны наклепа; П - уже при небольшом числе циклов появляется трещина, идущая от поверхности; Ш - трещина развивается в хрупком слое, не имея перспективы проникать в более пластичные слои; IV —трещина снова выходит на поверхность, образуя выкрашивание.

Причины появления П и меры по его предупреждению лучше рассматривать на конкретных примерах.

27

'&&А

(акпёп

Рис. 1. 5. Этапы р азвития пи пинга

Пример 1 —П в зубчатых зацеплениях.

Чаще всего его причину можно определить по характеру его развития и распространенности по поверхности. Могут быть варианты:

а) П у краев зуба, возникающий на этапе обкатки —рисунок 16,а. Причина заключается в перекосах осей зубчатой пары, при которых контакт формируется не по все длине зубьев, а у их краев, приводя к перегрузкам на этих участках.

Рис.1.16. Характер питтинга по причинам: а) перекос осей, б) волнистость профиля зуба;

в) недостаточность обкатки; г) низкая твердость, увеличенные зазоры

Ь) П образует очаги в разных зонах по длине зубьев —рисунок 16,6. причина в плохой обработке зубьев с образованием на них волнистости. Дополнительная шлифовка (даже ручная) может устранить эту причину. Бывают случаи, что такого рода П исчезает самопроизвольно за счет сглаживания бугров и увеличения площади контакта.

c)П в узкой зоне по длине зуба при недостаточной обкатке - рис.16,в.

d)П на большой части длины - рисунок 16,г. Основные причины:

®низкая твердость поверхности из-за некачественной термообработки.

На головном судне «Красноград» по этой причине установочный зазор 0,15 мм в зацеплении привода распредвала за год увеличился в 20 раз и достиг 3 мм;

®наличие повышенных зазоров, при которых нарушается плавность зацепления и происходит соударение поверхностей. Скорость разрушения прогрессирует по мере его развития и роста зазора;

•плохая обкатка и переход на повышенные нагрузки без обеспечения развитых площадей контакта.

Впроцессе обкатки необходимо' сформировать контактные зоны, параметры которых указаны изготовителем и находятся на уровне: 90-95% по длине, 60-70% по высоте зуба —рисунок 15,г. В ряде случаев для формирования контактной зоны приходится главные передачи обкатывать без нагрузки с применением притирочных паст (редукторы).

Пример 2 - П в подшипниках качения.

В шариковых и роликовых подшипниках он возникает по причине их соударений с обоймами. При наличии П резко возрастает шумность в подшипниковом узле и возможна внезапная заклинка вала. Поэтому для предупреждения этого явления предпринимают следующие меры:

•Бездействующие, простаивающие механизмы проворачивать, по крайней мере, раз в сутки.

®При ревизиях подшипников их следует браковать и дальше не использовать при:

-увеличении зазоров в 2 и более раза;

-повреждениях разделительных обойм;

-наличии коррозии и цветов побежалости.

29

•В узлах механизмов, связанных с обеспечением работы двигателей и не имеющих резервирования, подшипники заменяют по отработке назначенного ресурса вне зависимости от их состояния. Для узлов ГТН

ресурс составляет 12-20 тыс.ч.

Пример 3 —П на кулачках распределительных валов. Причинами могут

быть:

a)Перекосы роликов относительно кулачков. П будет на одном краю кулачка и ролика.

b)Некачественная термообработка после цементации. П на значительной части со стороны набегания ролика на вершине.

c)Некачественное профилирование кулачка. Возникают удары у начала набегания ролика.

d)Повышенные тепловые зазоры в приводе клапана, когда толкатель с коромыслом начинают соприкасаться с ударами.

1.7. Эрозионное изнашивание

Эрозионное изнашивание (ЭИ) происходит от струйного воздействия потоков жидкостей или газов, когда происходит разрушение поверхностных слоев и унос разрушенных частиц (это сродни тому, что происходит при эрозии почвы и образовании пыльных бурь).

Износ ускоряется, если в потоках имеются твердые частицы и в случаях сопутствующей коррозии которая снижает прочность поверхностных слоев и облегчает их разрушение. Особенности ЭИ и способы борьбы с ним рассмотрим на конкретных примерах.

Пример 1 —ЭИ трубопроводов судовых систем.

Как показывает практика эксплуатации, 95% всех повреждений трубопроводов возникает в специфических, «слабых» местах систем, в которых потоки жидкостей турбулизируются, что увеличивает скорость и уровень воздействия на поверхности. Типы таких участков показаны на рисунках 17(а- г). Следует отметить, что на входе потока в такие зоны возникают участки