книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи

меняется. Из рабочей (взрывной) камеры пламя распространяет­ ся по стволу со скоростью (2-4)103 м/с.

Продукты детонации увлекают за собой частицы порошка, которые кроме кинетической получают также тепловую энергию. Скорость выноса порошка (0,6-1,2)103 м/с.

В зависимости от соотношения компонентов смеси можно из­ менять температуру (до 4000 °С) и скорость продуктов детона­ ции. Наибольшая скорость достигается при содержании в ацети­ лено-кислородной смеси 50 % кислорода, а наибольшее тепловы­ деление при 71 % (по объему) кислорода. Ударяясь о поверх­ ность детали, частицы порошка образуют плотный слой покры­ тия. Физико-химические свойства детонационных покрытий, как правило, превышают аналогичные характеристики покрытий, по­ лучаемых другими способами напыления.

На рис. 10.13 приведена схема процесса металлизации детали. Предварительная механическая обработка необходима связи с тем, что восстанавливаемая поверхность может иметь неравно­ мерный износ и в процессе металлизации покрытие будет копи­ ровать профиль поверхности, что приведет к неравномерной толщине напыленного слоя после окончательной механической

обработки.

Чтобы обеспечить достаточную прочность сцепления напы­ ленного слоя с основным металлом, необходимо придать восста­ навливаемой поверхности шероховатость. Наиболее распростра­ ненными способами создания шероховатости являются нарезание рваной резьбы, нарезание круглой резьбы с обкаткой, накатыва­ ние поверхности накатниками, обдувка стальной или чугунной крошкой, нанесение частичек металла электросваркой и анодно­ механическая обработка поверхности. Реже применяют насечку зубилом, нарезание круговых канавок, намотку проволоки и др.

Нарезание рваной резьбы, насечка зубилом и анодно­ механическая обработка, обеспечивая хорошее сцепление напы­ ленного слоя с металлом детали, снижают усталостную проч­ ность и, следовательно, не могут быть использованы для подго­ товки деталей, работающих при циклических нагрузках. В по­ следнем случае рекомендуется применять обдувку дробью и на­ катку.

Изоляцию участков, не подвергаемых металлизации, произво­ дят накладками из картона, бумаги или жести, шпоночные пазы заделывают временными деревянными пробками. Разрыв во вре­ мени между подготовкой поверхности и металлизацией не дол­ жен превышать двух часов, в противном случае происходит окисление поверхности, что снижает прочность сцепления.

Следует стремиться к напылению такого металла, коэффици-

ент теплового расширения которого близок коэффициенту рас­ ширения металла детали.

В напыленном слое при охлаждении происходит усадка, в ре­ зультате чего возникают значительные остаточные напряжения. Это приводит к увеличению сцепления покрытия с основным металлом при металлизации наружных цилиндрических поверх­ ностей. При металлизации внутренних поверхностей возникаю­ щие в слое остаточные напряжения приводят к образованию трещин и отслаиванию покрытия. Напряжения в напыленном слое возрастают с увеличением его толщины. Последовательное нанесение металлизационного покрытия тонкими слоями (0,05ОД мм) с охлаждением каждого слоя, применение в качестве ма­ териала для напыления сталей с повышенным содержанием уг­ лерода (0,7 %) и предварительный подогрев поверхности детали до 270-370 °С позволяют избежать трещин и повысить проч­ ность сцепления. С целью повышения сцепления покрытия с

металлом детали используют для дутья инертные газы вместо воздуха, проводят термическую обработку после металлизации и применяют подслой из легкоплавких металлов и сплавов.

Внутренние цилиндрические поверхности металлизируют с предварительным подогревом до 100-150 °С, что обеспечивает лучшее сцепление покрытия с металлизируемой поверхностью детали вследствие уменьшения остаточных напряжений.

После металлизации производят механическую и термиче­ скую обработку детали для получения необходимых размеров и качества восстанавливаемой поверхности.

Для более прочного сцепления покрытия с материалом детали рекомендуется, чтобы толщина напыленного слоя после оконча­ тельной обработки была не менее 0,6 мм при диаметре поверхно­ сти детали до 25 мм и 0,95-1,0 мм при большем диаметре.

Учитывая невысокие механические свойства напыленного слоя, механическую обработку следует производить после полно­ го остывания детали на пониженных режимах и специально за­ точенным режущим инструментом.

К преимуществам металлизации относятся: высокая произво­ дительность и экономичность процесса, повышенная твердость покрытия по сравнению с исходной твердостью напыляемого металла (для стали на 30-40 %), возможность получения покры­ тия толщиной до 10-15 мм, проведение процесса без нагревания детали (что позволяет напылять металл на поверхность деталей из пластмассы, дерева, картона и других материалов), повышен­ ная износостойкость покрытий при жидкостном трении, вследст­ вие впитывания масла в пористый напыленный слой. Металли­ зация имеет существенные недостатки, а именно: невысокая прочность сцепления напыленного слоя с металлом детали, не­ однородность покрытия из-за значительного содержания оки­ слов, малая износостойкость покрытия при недостатке смазки, так как покрытие в этом случае выкрашивается, снижение уста­ лостной прочности ремонтируемой детали до 50 % (в зависимо­ сти от способа подготовки поверхности).

Металлизацию применяют для восстановления изношенных плоских, цилиндрических наружных и внутренних поверхностей, получения антифрикционных и коррозионностойких покрытий и восстановления неподвижных посадок.

теоретической, так как в электролите одновременно протекают другие процессы, на что расходуется часть энергии.

При электроосаждении металлов, стоящих в ряду напряжений выше водорода, одновременно с ними происходит выделение во­ дорода, который в большинстве случаев ухудшает качество по­ крытий, придавая им хрупкость, и увеличивает продолжитель­ ность электролиза, так как часть электрической энергии расходу­ ется на его выделение.

Отношение фактической массы осажденного металла к теоре­ тической называется выходом по току и характеризует коэффи­ циент полезного действия ванны:

а = § И 00 %•

Ст

При хромировании выход по току составляет 12-18 %, для других процессов гальванического наращивания - 60-90 %.

Среднюю толщину слоя металла, осажденного на катоде, оп­ ределяют по формуле

»CDKTa

А/дм2; F - площадь покрываемой поверхности детали, дм2; а - выход по току, %; р - плотность осаждаемого металла, г/см3

Электрохимические эквиваленты для некоторых металлов приведены в табл. 10.2.

В комплект оборудования для гальванического наращивания входят: источник постоянного тока, ванны с различными хими­ чески стойкими облицовками, специальные контактные и под­ весные приспособления, нагревательные устройства, бортовая вентиляционная установка для удаления вредных испарений с поверхности электролита в ванне (рис. 10.15).

Рис. 10.15. Схема ванны для гальванического наращивания:

1 - ванна; 2 - кожух; 3 - теплоизоляция; 4 - поперечный угольник; 5 - устройство для крепления анодов; 6 - камера регулиро­ вания отсоса; 7 - вентиляционный кожух; 8 - прокладка; 9 ~ фундамент, 10 - электронагреватель; 11 - экран; 12 - передний

щиток

В качестве источника постоянного тока используются генера­ торы напряжения 6-12 В и силой тока 250-5000 А, а также се­ леновые и меднозакисные выпрямители.

Процесс гальванического покрытия должен обеспечивать по­ лучение мелкокристаллического равномерного осадка необходи­ мой толщины, обладающего минимальной хрупкостью, сплошно­ стью, достаточной твердостью и имеющего прочное сцепление с основным металлом.

Качество покрытия зависит от тщательности предварительной подготовки поверхности, на которую наносится покрытие, посто­ янства состава электролита, его температуры, кислотности, плот­ ности тока, а также от расположения детали и анода в гальвани­ ческой ванне. Равномерность покрытия в значительной степени определяется рассеивающей способностью электролита. С увели­ чением расстояния между деталью и анодом равномерность по­ крытия повышается. Материал и форма анода зависят от вида покрытия и формы детали. При нанесении покрытий на детали сложной конфигурации на выступающих частях детали отклады­ вается большее количество металла. Для получения равномерно­ го покрытия применяют фигурные аноды, повторяющие форму покрываемой детали.

Для восстановления размеров изношенных поверхностей наи­ большее применение находят электролитическое хромирование, осталивание, меднение и твердое никелирование.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ХРОМИРОВАНИЕ

Электролитическое хромирование применяют для восстановления размеров изношенных поверхностей деталей и получения декоративных, коррозионностойких и износостойких покрытий. Электролитический хром обладает высокой коррози­ онной стойкостью, низким коэффициентом трения, высокой твердостью, жаростойкостью, высоким пределом текучести. При тщательной подготовке поверхности прочность сцепления хрома со сталью, чугуном, медью и латунью достигает при сдвиге 300 МПа. Однако стали с высоким содержанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые стали и высококремни­ стые чугуны хромировать нельзя из-за низкой прочности сцеп­ ления. Прочность сцепления резко снижается с увеличением толщины покрытия, в связи с ростом остаточных напряжений. При увеличении толщины от 0,1 до 0,5 мм предел прочности по­ крытия уменьшается в 2-3 раза.

После хромирования снижается также усталостная прочность

Электролиты для хромирования

электролиты необходимо чаще корректировать в процессе элек­ тролиза и применять большее напряжение. Физико-механические свойства хромового покрытия зависят от режима хромирования и толщины покрытия. Условно хромовые покрытия разделяют на три вида: молочные, блестящие и матовые. Блестящие покрытия отличаются высокой твердостью, достаточно высокой износо­ стойкостью и хрупкостью, имеют на поверхности мелкую сетку трещин. Молочные осадки наиболее мягкие и вязкие, без тре­ щин, по сравнению с блестящими обладают большей износо­ стойкостью. Матовые осадки имеют повышенную твердость и хрупкость, характеризуются низкой износостойкостью, наличием сетки трещин на поверхности.

В табл. 10.4 приведены данные о влиянии режимов хромиро­ вания на вид осадка хрома. В зависимости от условий работы деталей выбирают осадок с требуемыми свойствами; например, для изнашиваемых деталей, работающих при небольших удель­ ных нагрузках (до 0,5 МПа ), следует рекомендовать блестящие осадки, а при больших контактных давлениях и знакоперемен­ ных нагрузках - молочные осадки.

Наиболее высокие физико-механические свойства хромового покрытия достигаются при толщине слоя h < 0,25 мм. Если де­ таль работает при статических удельных нагрузках q < 80 МПа, то рекомендуется толщина слоя h = 0,11-0,13 мм и цвет покры­ тия матово-блестящий.

и повышенных температурах рекомендуемая толщина слоя h = - 0,03-^0,05 мм. В последнем случае применяется покрытие мо­ лочное или молочно-блестящее.

Для повышения износостойкости применяют пористое хроми­ рование. В покрытии создаются микропоры и каналы, которые обеспечивают большую его маслоемкость, что особенно важно при работе в условиях недостаточной смазки.