2.6 Лекция 6. Технологические процессы восстановление деталей

и соединений машин

2.6.1 Методы восстановление посадок

Изнашивание поверхностей и старение материала деталей приводит к нарушению исходной посадки, что проявляется в увеличении зазора в соединениях с ним, или уменьшению натяга в соединениях с натягом.

Существуют различные методы восстановления посадок при ремонте машин.

Восстановление посадок регулировкой. В конструкциях некоторых соединений возможна регулировка посадок, например регулировка зазоров у конических роликовых подшипников за счет изменения толщины комплекта прокладок.

3а счет изменения толщины комплекта прокладок регулируют зазор в зацеплении конических шестерен главных передач ведущих мостов тракторов, автомобилей и комбайнов.

Нередко конструкцией механизмов предусматривается автоматическое регулирование зазора, например между тормозными колодками и тормозным барабаном колеса автомобиля. Здесь одна из соединяемых деталей (тормозная колодка) перемещается в сторону компенсации износа по мере его нарастания, поддерживая стабильный зазор. Упрощенный вариант автоматического регулирования зазора — автоматическое поддержание за счет пружины контакта деталей, например щеток и коллектора электрической машины.

Для регулирования зазора в соединении рекомендуют применять натяжные устройства, эксцентриковые механизмы, клиновидные элементы и т. п.

Восстановление посадки регулировкой особенно эффективно в соединениях с резко меняющейся, особенно со знакопеременной, нагрузкой, поскольку энергия удара в зависимости от зазора в соединении возрастает по параболе.

Однако в соединениях типа вал — подшипник, рассчитанных на работу в условиях жидкостного трения, при простой регулировке зазора исходная надежность соединения не восстанавливается, поскольку не устраняется искажение геометрической формы работающих поверхностей. Зазор в соединении опять быстро достигает предельного значения. Этим объясняется тот факт, что конструкция соединения шейка коленчатого вала — вкладыш делается нерегулируемой.

Перестановка деталей в другое положение (позицию). Этот метод основан на использовании симметричного расположения одинаковых по всем параметрам поверхностей, но одна из них всегда или почти всегда оказывается нагруженной и поэтому изнашивается, а другая всегда или почти всегда работает вхолостую. Например, две эвольвентные поверхности зуба шестерни, две поверхности цевочного зацепления зуба ведущей звездочки привода гусеничного полотна трактора, две одинаковые поверхности полевой доски корпуса плуга и т. п. Поэтому при ремонте допускаются перестановка справа налево и наоборот пары шестерня — зубчатое колесо конечной передачи гусеничного трактора, перестановка ведущих звездочек гусеничного полотна поворот полевой доски другой стороной.

Метод эффективен при ремонте втулочно-роликовых цепей. Из-за одностороннего износа валиков и втулок цепь удлиняется в результате увеличения размера между соседними внутренними звеньями. Валики и втулки в пластинах поворачивают на 180° относительно их прежнего положения для работы неизношенными поверхностями, благодаря чему шаг цепи восстанавливается практически до исходного, хотя при этом приходится полностью разбирать цепь.

Метод ремонтных размеров. Метод основан на комплектовании соединений из деталей, отличающихся размерами соединяемых поверхностей от первоначальных, но обеспечивающих начальный зазор (натяг), равный зазору (натягу) нового соединения. Эти размеры, отличающиеся от первоначальных, называют ремонтными. Они могут быть свободными или стандартными,

В случае свободных размеров для достижения начального зазора или натяга в соединении поверхности более дорогой детали обычно обрабатывают до удаления искажения геометрической формы и изготовляют для комплектации соединения менее дорогую деталь под этот размер. Например, отверстие под втулку верхней головки шатуна растачивают до получения цилиндрической формы. Изготовляют втулку под полученный свободный размер с учетом ее посадки с требуемым натягом.

В случае использования стандартного ремонтного размера для достижения начального зазора или натяга в соединении поверхность более дорогой детали обрабатывают не только до выведения следов износа, но и снимают еще некоторый слой материала с целью получения необходимой посадки с заранее изготовленной менее дорогой деталью, имеющей стандартный ремонтный размер. Так обрабатывают шейки коленчатого вала до стандартных ремонтных размеров с целью комплектации их с вкладышами стандартных ремонтных размеров, зеркало гильзы для комплектации с поршнем стандартного ремонтного размера и т. д.

Таким образом, сборка соединений со свободными ремонтными размерами всегда связана с подгонкой «по месту» и ее применяют в случаях, когда важно максимально сохранить материал дорогостоя­щей детали, а изготовление заменяемой детали не связано с большими технологическими затруднениями и оказывается возможным в условиях индивидуального производства. Заменяемую деталь в этом случае можно заранее подготовить только в качестве полуфабриката.

Преимущество стандартных ремонтных размеров перед свободными состоит в том, что в первом случае есть возможность организовать массовое промышленное производство заменяемых деталей и осуществлять ремонт машин по принципу частичной взаимозаменяемости, что существенно сокращает его продолжительность.

Ремонтные размеры валов и отверстий отличаются от номинальных, как правило, на доли миллиметра, т. е. находятся в одном интервале размеров, поэтому допуски остаются прежними. Требования к макрогеометрии, шероховатости, твердости и износостойкости поверхности не меняются.

Какую деталь надо заменить и какую восстановить, решают в основном, исходя из экономических соображений. Более дорогую деталь почти во всех случаях целесообразно оставить и обработать, а дешевую заменить. Следует заметить, что деталь с несколькими соединяемыми поверхностями может выступать в роли заменяемой или восстанавливаемой. Например, поршень по отношению к гильзе — заменяемая деталь, а по отношению к поршневым кольцам увеличенной толщины — восстанавливаемая. Канавки в поршне протачивают под кольца ремонтного размера по толщине. Отверстие в бобышках также может быть развернуто под палец большей размерной группы.

Стандартные ремонтные размеры широко используют для соединений коленчатый вал — вкладыш, гильза — поршень, поршень — поршневой палец, гильза — поршневое кольцо и др.

Число стандартных ремонтных размеров для соединений одного и того же вида, но для машин разных марок неодинаково и зависит от многих факторов: износа деталей, при котором должна быть прекращена эксплуатация соединения; однородности материала детали по глубине от поверхности; точности оборудования и инструмента, применяемого при обработке детали под ремонтный размер и изготовлении заменяемых деталей; конструктивной прочности деталей; ограничений, накладываемых рабочими процессами самих машин, и пр.

К недостаткам метода ремонтных размеров относят: осложнения в организации ремонта, вызванные ограниченной взаимозаменяе­мостью; понижение ресурса соединений из-за возрастания удельных нагрузок (например, из-за уменьшения диаметра шейки коленчатого вала и при одновременном увеличении массы поршня ремонтного размера); необходимость переналадки оборудования; затраты на маркировку.

Метод восстановления посадки соединения постановкой дополнительных деталей. Этот метод — разновидность метода ремонтных размеров. Его применяют при постановке втулок в гнезда под наружные кольца подшипников коренных опор коленчатого вала двигателя ЯМЗ-238НБ; установке полуколец под вкладыши коренных опор коленчатого вала двигателей и закреплении их штифтами; запрессовке сухих гильз или втулок в гильзы, исчерпавшие ресурс последнего стандартного ремонтного размера; установке всевозможных дополнительных колец, накладок и т. п. Метод получает все большее распространение в ремонтной практике, поскольку позволяет «вернуться» при ремонте к номинальным размерам заменяемых деталей (поршней, вкладышей, толкателей и пр.) со всеми вытекающими отсюда положительными моментами, касающимися условий работы соединений, предусмотренных при конструировании. В связи с этим можно также говорить об улучшении условий взаимозаменяемости.

Недостаток этого метода — определенное ухудшение условий теплопередачи, например, от запрессованной сухой гильзы или свернутой втулки к материалу гильзы или блоку цилиндров двигателя, что при прочих равных условиях может приводить к форсированному изнашиванию зеркала или даже задирам.

2.6.2 Комплектование деталей

Детали комплектуют в специальном отделении, оборудованном стеллажами подставками, столами, передвижными тележками, ящиками, контейнерами и универсальными измерительным инструментом. Туда поступают годные детали из отделения дефектации, со склада восстановленных деталей и новые детали со склада запасных частей.

Комплектовочные работы включают в себя: сортирование деталей, их подбор для сборки соединений в соответствии с техническими условиями; комплектование по номенклатуре и числу в соответствии с принадлежностью к агрегатам и сборочным постам; раскладку в тару; доставку комплектов на сборочные посты согласно такту сборки агрегатов. Это оказывает влияние на качество отремонтированных изделий, длительность производственного цикла и сборки, ритмичность выпуска продукции сборочными постами.

Чтобы повысить эффективность комплектования, надо хорошо знать комплектовочный процесс (накопление, сортирование, комплектование).

Детали накапливают для ритмичной работы постов сборке. Сортирование предусматривает раскладку деталей по принадлежности их агрегатам и сборочным единицам. В приделах агрегата каждой марки детали сортируют по размерным группам, массе, межцентровому расстоянию и др. показателям.

Разбивка деталей на размерные группы перед их сортированием - сложный и ответственный процесс, который влияет на качество сборки, долговечных соединений в эксплуатации и организации сборки. При этом необходимо придерживаться следующих правил: число групп не должно быть больше пяти: допуски на соединяемые детали должны обеспечивать оптимальную посадку при сборке; число деталей в группах должно быть по возможности одинаковым.

Для сортирования используют универсальные средства измерения, специальные приборы и приспособления. Рассортированные по размерным и массовым группам деталей подбирают для соединений. На ремонтных предприятиях детали комплектуют штучным и селективным (групповым) подбором.

Штучный подбор заключается в том, что к одной детали с каким то действительным размером, полученным в результате его измерения, подбирают вторую деталь данного соединения, исходя из допустимого при их сборке зазора иди натяга. Его примером может служить подбор поршня и гильзы двигателя, который обрабатывают с широким полем допусков, вследствие чего, любой поршень не может быть поставлен в любую гильзу. По техническим требованиям на сборку номинальный зазор между гильзой и поршнем должен быть 0,14... 0,40 мм. Эти детали подбирают по зазору с помощью двух щупов: толщина одного равна минимально допустимому, а другого - максимально допустимому зазорам. Если поршень с щупом, равным минимальному зазору, проходит по всей длине гильзы свободно, а с щупом, толщина которого соответствует максимальному зазору, не проходит, то такие детали считают скомплектованными. Щуп закладывают на всю длину юбки поршня в плоскости, перпендикулярно к оси отверстий бобышек.

Гильзу и поршень можно подобрать путем предварительных замеров соединяемых деталей. Например, замеряют диаметр гильзы, тогда диаметр поршня с учетом допустимых зазоров определяют по формулам:

d n max = Dц - b min; d n min = Dц- b max, (2.6.2.1)

где d n max и d n min - максимальный и минимальный диаметр поршня, мм;

Dц - диаметр гильзы цилиндров мм;

b max и b min - допустимые максимальный и минимальный зазоры, мм.

При индивидуальном подборе соединяемых деталей не всегда достигается требуемое качество сборки и затрачивается много времени. Не смотря на эти недостатки, его широко применяют на ремонтных предприятиях, так как он не требует предварительной подготовки к подбору деталей.

Таблица 2.6.2.1

Разбивка поршней, поршневых пальцев и шатунов в сборе со втулками

двигателя ЗИЛ -130 на размерные группы

Деталь	Размер	Номинальный размер, мм	Группа
			1	2	3	4
Поршень	Диаметр отверстия под палец	-0,005 28 -0,015	27,9950 27,9925	27,9925 27,9900	27,9900 27,9875	27,9875 27,9850
Шатун в сборе	Внутренний диаметр втулки верхней головки шатуна	+0,007 28 -0,003	28,0070 28,0045	28,0045 28,0020	28,0020 27,9995	27,9995 27,9970
Поршневой палец	Наружный диаметр	28 -0,010	28,0000 27,9975	27,9975 27,9950	27,9950 27,9925	27,9925 27,9900

Примечание: 1. Первую группу маркируют в голубой цвет, вторую - в красный, третью - в белый, четвертую - в черный. 2. В числителе дан размер детали по верхнему, а в знаменателе - по нижнему отклонениям.

Селективный (групповой) подбор характеризуется тем, что в соединяемой детали после их обработки и контроля предварительно сортируют по размерным группам (табл.2.6.2.1), клеймят цифрами, буквами или помечают цветными красками.

При сборке соединений используют детали одной группы. Например, если диаметр первой гильзы цилиндра двигателя относится к группе А, а второй - к группе В, то в первую очередь устанавливают поршень группы А, во вторую - В.

Число размерных групп зависит от конструктивного bк.з. и монтажного bм.з. допусков зазора:

i=b к.з./b м.з., (2.6.2.2)

где bк.з.=b k max – b k min и bм.з.=b м max - b м min (здесь b k max и b k min - максимальный и минимальный конструктивные допуски зазора, мм;

b м max и b м min - максимальный и минимальный монтажные допуски зазора, мм).

Допуск каждой группы равен конструктивному допуску, деленному на число групп. Размеры детали для каждой группы определяют по верхним и нижним отклонениям.

Пусть число размерных групп 4, тогда допуск размера каждой из них будет равен, 0,01: 4 = 0,0025 мм.

Максимальные и минимальные монтажные зазоры для всех групп при селективном комплектовании буду одинаковыми, и соответствовать техническим требованиям на сборку данного соединения.

Селективный (групповой) метод комплектования применяют в основном для подбора деталей на крупных специализированных предприятиях. Он обеспечивает качество сборки данного соединения, однако требует технической подготовки производства.

Посты комплектования (рис.2.6.2.1) соединений, сборочных единиц и агрегатов объединяют в центральные комплектовочные отделения или специализируют по предметному признаку, располагают на участках: обойном, ремонте кабин, платформы, электрооборудования и др.

Цехи ремонта двигателей и агрегата могут иметь свои комплектовочные участки.

При малых программах ремонта, производственных площадях и запасах деталей часть постов комплектования соединений могут выносить на производственные участки сборки агрегатов.

На передовых ремонтных предприятиях принят следующий порядок движения деталей в производстве. Детали разобранных агрегатов, кроме крупногабаритных укладывают в специальные корзины, в которых они очищаются в моющихся машинах, а затем подаются на дефектацию. Каждая из них в таре иметь свое определенное место. Крупногабаритные детали подают на посты ремонта и сборке. Вместо них в корзины на определенное место вешают жетон с обозначением детали и ее характеристикой (годная, требует ремонта). На постах дефектации негодное изделие изымают.

Годные детали поступают в центральное комплектовочное отделение, а требующие восстановления - в отделение деталей, ожидающих восстановления. Контейнеры с годными деталями доукомплектовываются недостающими и подаются на посты сборки агрегатов и машин. Организация работ по данной схеме способствует уменьшению перегрузок деталей, улучшению снабжения постов сборки комплектами деталей по принадлежности к агрегатам, сохранению приработанных пар, планомерной загрузке постов восстановления и изготовление деталей.

Обойное

отделение

Отделение ремонта

кабин

Отделение ремонта

рессор

Отделение ремонта платформ

Отделение

ремонта

электрообору-дования

Отделение ремонта

приборов

питания

Медицинское отделение

Отделение

ремонта

аккумуляторов

Участок

накопления

деталей, требующих

ремонта

Цех

восстановления и изготовления

деталей

Цех

ремонта

двигателей

Цех

ремонта

агрегатов

Склад запасных частей

На посты

1…8

На сборку

Посты

комплектования деталей по

маршрутам

восстановления

Участок

накопления

деталей,

требующих

ремонта

Комплектовочное отделение

2.6.3. Дефектация деталей

Дефектация - операция технологического процесса ремонта машины, заключающаяся в определении степени годности бывших в эксплуатации деталей и сборочных единиц к использованию на ремонтируемом объекте. Она необходима для выявления у деталей дефектов, возникающих в результате изнашивания, коррозии, усталости материала и других процессов, а также из-за нарушений режимов эксплуатации и правил технического обслуживания.

В результате трения и изнашивания деталей в конкретных условиях эксплуатации изменяются геометрические параметры, шероховатость рабочих поверхностей и физико-механические свойства поверхностных слоев материала, а также возникают и накапливаются усталостные повреждения.

Под изменением геометрических параметров деталей понимают изменение их размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. К нарушениям формы относят: неплоскостность, непрямолинейность, овальность, конусность и т.д., к отклонениям взаимного расположения поверхностей - непараллельность плоскостей и осей вращения поверхностей» торцовое и радиальное биение, несоосность и т.д.

Усталостные повреждения нарушают сплошность материала, способствуют возникновению микро-и макро трещин, выкрашиванию металла рабочих поверхностей и излому деталей.

Изменение физико-механических свойств материала - нарушение структуры материала, а также уменьшение или увеличение твердости, прочности, корцитивной силы ферромагнитных материалов и т.д.

Нарушение режимов эксплуатации и правил ТО могут приводить к схватыванию трущихся поверхностей, короблению деталей, возникновению трещин, обломов фланцев крепления и др.

Степень годности деталей к повторному использованию или восстановлению устанавливают по технологическим картам на дефектацию. В них указаны: краткая техническая характеристика детали (материал, вид термической обработки, твердость, размеры восстановления, отклонение формы и взаимного расположения поверхностей), возможные дефекты и способы их устранения, методы контроля, допустимые без ремонта и предельные размеры. Оценку проводят сравниванием фактических геометрических параметров деталей и других технологических характеристик с допустимыми значениями.

Номинальными считают размеры и другие технические характеристики деталей, соответствующие рабочим чертежам.

Допустимыми считают размеры и другие технические характеристики детали при которых она может быть поставлена на машину без восстановления и будет удовлетворительно работать в течении предусмотренного межремонтного ресурса.

Предельными называют выбраковочные размеры и другие характеристики детали.

Часть деталей с размерами, не превышающими допустимые, могут быть годными в соединении с новыми (запасными частями), восстановленными или с деталями бывшими в эксплуатации. По этому в процессе контроля их сортируют на пять групп, и маркируют краской соответствующего цвета: годные (зеленым), годные в соединении с новыми или восстановленными до номинальных размеров деталями (желтым), подлежащие ремонту в данном ремонтном предприятии (белым), подлежащие восстановлению на специализированных ремонтных предприятиях (синим) и негодные - утиль (красным). Годные детали транспортируют в комплектовочное отделение или на склад, требующие ремонта - на склад деталей, ожидающих ремонта, или непосредственно на у часики но их восстановлению, негодные - на склад утиля.

У деталей обычно контролируют только те параметры, которые могут изменяться в процессе эксплуатации машины. Многие из них имеют несколько дефектов, каждый из которых требует проверки. Для уменьшения трудоемкости дефектации необходимо придерживаться той последовательности контроля, которая указана в технологических картах, где в начале приведены наиболее часто встречающиеся дефекты.

Методы контроля геометрических параметров деталей. Размеры, форму и взаимное расположение поверхностей деталей обычно измеряют. Многообразие объектов требует применения различных контрольно - измерительных средств и методов измерения.

При дефектации используют следующие методы измерения: абсолютный, когда прибор показывает абсолютное значение измеряемого параметра - и относительный -01клонение измеряемого параметра от установленного размера.

Искомое значение можно отсчитывать непосредственно по прибору (прямой метод) или по результатам измерения другого параметра, связанного с искомым непосредственной зависимостью (косвенный метод). Примером последнего служит применение ротаметров для определения степени годности прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры (втулок плунжеров, седел клапанов, корпусов распылителей). Здесь непосредственно измеряется расход воздуха в зазорах между насадкой ротаметра и отверстием прецизионной детали. Чтобы установить размер отверстия, нужно использовать зависимость между зазором и расходом воздуха.

По числу измеряемых параметров методы контроля подразделяют на дифференциальные и комплексные. При первом измеряют значение каждого параметра, при втором - суммарную погрешность отдельных геометрических размеров изделия.

Примером комплексного метода может служить определение степени годности подшипников качения по радиальному зазору. Изменение последнего связано с износом беговых дорожек внутреннего и наружного колец, а также элементов качения (шариков, роликов).

Если измерительный элемент прибора непосредственно соприкасается с контролируемой поверхностью, то такой метод называют контактным, а если нет - бесконтактным. Наиболее часто применяют следующие средства измерения: калибры, универсальный измерительный инструмент и специальные приборы.

Калибры - это бесшкальные измерительные инструменты для контроля отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей деталей без определения численного значения измеряемого параметра. Широко распространены предельные калибры, ограничивающие крайние предельные размеры деталей и распределяющие их на три группы: годные, подлежащие восстановлению и негодные.

Универсальные инструменты и приборы служат для нахождения значения контролируемого параметра в определенном интервале его значений. Обычно применяют следующие измерительные средства: штриховые инструменты с нониусом (штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенрейсмус и штангензубомер), микрометрические (микрометры, микрометрический нутромер и глубиномер), механические приборы (миниметр, индикатор часового типа, рычажная скоба и рычажный микрометр), пневматические приборы давления (манометры) и расхода (ротаметры).

Универсальный измерительный инструмент служит для определения износа резьб (резьбовые микрометры, резьбовые микрометрические нутромеры и др.), а также зубчатых и червячных колес (шагомеры, биениемеры и др.).

Специальные измерительные средства предназначены для контроля конкретных деталей с высокой производительностью и точностью. К ним относят, например, приборы для проверки изгиба и скрученности шатунов и радиального биения подшипников качения, поправки для проверки соосности гнезд коренных подшипников блока цилиндров и др.

При выборе средства измерения необходимо учитывать его метрологические характеристики (цена и интервал деления шкалы, точность отсчета, погрешность и пределы измерения), а также точность изготовления измеряемого элемента детали (после допуска). На рис. 2.6.3.1. показано номограмма для его выбора в зависимости от параметра измеряемого элемента детали и значения допуска на изготовление.

Методы и средства выявления несплошности материала деталей. Дефекты несплошности материала деталей, бывших в эксплуатации, можно условно разбить на две группы: явные и скрытые. Явные дефекты - это трещины, обломы, пробоины, смятие, коррозия. Их чаще всего обнаруживают внешним осмотром невооруженным глазом, через лупу 5... 10-кратного увеличения или ощупыванием. Для обнаружения скрытых дефектов применяют следующие методы контроля (дефектоскопии): капиллярные, обнаружением подтекания газа или жидкости, магнитные и акустические.

Для нахождения производственных дефектов, возникающих в процессе изготовления деталей, на крупных ремонтных предприятиях используют радиационный, рентгеновский и др.

Капиллярный метод предназначен для выявления нарушений сплошности поверхности детали (трещин), изготовленной из различных материалов (ферромагнитных и неферромагнитных сталей, жаропрочных, титановых, алюминиевых, магниевых сплавов, изделий из стекла, керамики и металлокерамики). Он служит также для определения производственных дефектов (шлифовочных и термических трещин, волосовин, пор и др.).

Этот метод обладает высокой чувствительностью (табл.2.6.3.1) и простой технологией контроля. Его сущность состоит в следующем. На очищенную поверхность детали наносят специальную жидкость (пенетрант) и в течении некоторого времени выдерживают, с тем, чтобы она успела проникнуть в полости дефекта.

Рис.2.6.3.1 Приемы контроля деталей капиллярным методом с

применением проявителя:

а - трещина, заполненная проникающей жидкостью; б - жидкость с поверхности детали удалена; в - нанесен проявитель, трещина выявлена; 1 - деталь; 2 – полость трещины; 3 – проникающая жидкость; 4 - проявитель; 5 - след трещины.

Затем с детали удаляют излишки жидкости и просушивают. Жидкость остается только в полости дефекта. Для его выявления на поверхность изделия наносят проявляющий материал, который способствует выходу жидкости из полости (трещины) в результате адсорбции проявляющим веществом либо диффузии в него.

Таблица 2.6.3.1

Характеристика дефектов, мкм. при капиллярных методах их выявления

Метод	Раскрытие	Глубина	Протяженность
Люминесцентный:
Сорбционный	10	0,03	0,5
Диффузионный	1	0,01	0,3
Цветной (диффузионный)	1	0,01	0,3
Люминесцентно –цветной (диффузионный)	1	0,01	0,1

При сорбционном способе на поверхность детали наносят сухой порошок (сухой метод) или порошок в виде суспензии (мокрый способ). За счет сорбционных сил проникающая жидкость извлекается на поверхность изделия и смачивает проявитель.

При диффузионном способе на поверхность детали наносят специальное покрытие, в которое диффундирует проникающая жидкость из полости дефекта. Этот способ более чувствителен, чем сорбционный, и его применяют для обнаружения мелких трещин.

Для получения контрастного индикаторного отпечатка дефекта на фоне исследуемой поверхности в состав проникающей жидкости вводят свето - и цветоконтрастные вещества. Если в состав пенетранта входят вещества, способные флуоресцировать при облучении ультрафиолетовым светом, то такие жидкости называют люминесцентными, а сам-метод обнаружения дефектов - люминесцентным методом дефектоскопии, В состав этой жидкости могут входить как естественные, так и искусственно приготовленные вещества, называемые люминофорами. Если в пенетранте содержаться красители, видимые при дневном свете, то такие жидкости называют цветными, а сам метод - цветным методом дефектоскопии.

Капиллярные методы дефектоскопии основаны на способности жидкости втягиваться в сквозные мельчайшие и несквозные каналы (капилляры). При попадании жидкости в капилляр ее свободная поверхность искривляется (образуется мениск), в результате чего возникает дополнительное давление жидкости в капилляре, отличающееся от внешнего давления (воздуха). Значение этого давления зависит от коэффициента поверхностного натяжения и радиуса канала.

Для проникновения жидкости в дефект необходимо, чтобы жидкость хорошо смачивала поверхности, а размеры дефекта (канала) создавали возможность жидкости образовывать мениск.

Технология контроля изделий капиллярньми методами из следующих операций: очистки детали от маслянисто-грязевых и других загрязнений, нанесения пенетранта, выявления дефекта и окончательной очистки.

В ремонтном производстве при использовании люминесцентного метода дефектоскопии в качестве пенетрантов применяют жидкости различного состава. Их наносят с помощью пульверизатора, окунанием в раствор или мягкой кистью. После выдержки детали в течение нескольких минут (не более 5) излишки жидкости удаляют, протирая поверхность ветошью, или промывают струёй холодной воды под давлением 0,2 Мпа с последующей сушкой.

Далее приступают к выявлению дефекта. Чаще всего применяют самопроявляющийся способ, при котором после пропитки и очистки деталь нагревают, что способствует быстрому выходу проникающей жидкости из дефекта и растеканию ее по краям трещины. Затем деталь помещают в дефектоскоп и облучают ультрафиолетовыми лучами. Источником ультрафиолетовых лучей служат ртутно - кварцевые лампы (ПРК-2, ПРК-4 и ПРК-7), свет от которых пропускают через светофильтры типа УСФ (УСФ-3 и УСФ-6). Промышленность выпускает переносные (КД-31Л, КД-32Д КД-ЗЗЛ) и стационарные (ЛД-2, ЛД-3, ЛДА-3 и ЛД-4) дефектоскопы (рис.2.6.3.2).

Рис. 6.3.2 Схема люминесцентного дефектоскопа:

1 – рефлектор; 2 – ультразвуковой светофильтр; 3 – ртутно- кварцевая лампа; 4 – высоковольтный трансформатор; 5 – силовой трансформатор; 6 – контролируемая деталь.

При самопроявляющемся способе деталь можно также погрузить в раствор люминофора в быстроиспаряющемся органическом растворителе, выдержать некоторое время и вынуть. После испарения растворителя на краях остаются кристаллы люминофора, которые ярко светятся при облучении ультрафиолетовыми лучами.

Для проявления дефектов широко применяют сорбционный метод. В качестве проявителей используют сухие порошки (каолин, мел и др.) и их суспензии в воде или органических растворителях (керосин, бензин и др.), а также быстросохнущие пигментированные или бесцветные растворы красок и лаков, которые наносят на поверхность детали после пропитки пенетрантом.

Так, при использовании пенетранта ЛЮМ-А для проявления применяют раствор белой нитроэмали «ЭКСТРА» - 30 %, медицинского коллодия - 30 и ацетона 40 %, а при ЛЮМ-Б- бентонита -0,72... 2,21 %, каолина-6,67... 10 и воды - 92... 87%.

Для цветного метода дефектоскопии в качестве пенетрантов служат составы: керосин - 800 мл, нориол А - 200мл, судан красный 5С - Юг/л ; спирт - 90%, эмульгатор ОП-7 - 10 % с добавлением родамина С - 30г/л.

В качестве проявителей применяют сорбенты в виде суспензий и белые проявляющиеся лаки.

После проявления дефектов детали очищают от проявителя. Проявители на основе лаков, нитроэмалей и коллодия удаляют раствором 80 %-го спирта и 20 %-го эмульгатора ОП-7.

Суспензии смывают 1 %-м раствором эмульгатора ОП-7 или ОП-10 в воде.

Обнаружение подтекания газа или жидкости необходимо для проверки герметичности пустотелых деталей: блоков цилиндров, головок блоков цилиндров, баков, водяных и масляных радиаторов, камер шин, трубопроводов шлангов, поплавков карбюраторов и др. Его широко применяют для контроля качества сварных швов. Степень герметичности определяют по утечке газа или жидкости в единицу времени, которую регистрируют с помощью приборов, в большинстве случаев место дефекта определяют визуально.

Методы контроля подразделяют на капиллярные, компрессионные и вакуумные.

Для дефектоскопии деталей, поступающих в ремонт, применяют способы керосиновой пробы (капиллярный метод), гидравлический и пневматический (компрессионный).

Керосин обладает хорошей смачивающей способностью, глубоко проникает в сквозные дефекты диаметром более 0,1 мм. При контроле качества сварных швов на одну из поверхностей изделия наносят керосин, а на противоположную - абсорбирующее покрытие (350...450 г суспензии молотого мела на 1л воды). Наличие сквозной трещины определяют по желтым пятнам керосина на меловой обмазке.

При гидравлическом методе внутреннюю полость изделия заполняют рабочей жидкостью (водой), герметизируют, создают насосом избыточное давление и выдерживают деталь некоторое время. Наличие дефекта устанавливают визуально по появлению капель воды или отпотеванию наружной поверхности.

Пневматический способ нахождения сквозных дефектов более чувствителен, чем гидравлический, так как воздух легче проходит через дефект, чем жидкость. Во внутреннюю полость деталей закачивают сжатый воздух, а наружную поверхность покрывают мыльным раствором или погружают деталь в воду. О наличии дефекта судят по выделению пузырьков воздуха. Давление воздуха, закачиваемого во внутренние полости, зависит от конструктивных особенностей деталей и обычно равно 0,05... 0,1 Мпа.

Магнитный метод применяют для обнаружения дефектов в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов. Так выявляют поверхностные трещины или подповерхостные включения с иной, чем у основного материала, магнитной проницаемостью. Метод получил широкое распространение из-за высокой чувствительности, простоты технологических операций и надежности. Он основан на явлении возникновения в месте расположения дефекта магнитного поля рассеивания.

Магнитный поток, встречая на своем пути дефект с низкой магнитной проницаемостью по сравнению с ферромагнитным материалом детали, огибает его. Часть магнитных силовых линий выходит за пределы детали (рис.6.3.3), образуя поле рассеивания.

Наличие последнего, а следовательно, и дефекта обнаруживают различными способами (магнитопорошковый, магнитографический и феррозондовый).

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой способ) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма его скоплений соответствует очертанию дефекта.

Рис. 2.6.3.3 Схемы возникновения магнитных полей рассеивания

при намагничивании;

а - продольном; б - циркулярном; 1-трешина; 2-неметаллическое включение.

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которая покрывает деталь, и последующей расшифровке полученной информации.

Для обнаружения дефектов феррозондовьш способом применяют феррозондовые преобразователи.

При дефектации деталей, поступающих в ремонт, наиболее распространен магнитопорошковый способ. Технология определения дефекта состоит из следующих операций: очистки детали от загрязнений; подготовки суспензии (мокрым способом); намагничивания контролируемой детали; осмотра поверхности детали с целью выявления мест, покрытыми отложениями порошка; размагничивание детали.

Намагниченность деталей должна быть достаточной для создания около дефекта магнитного поля рассеивания способного притягивать и удерживать частицы порошка. Через детали пропускают электрический ток или помещают их в магнитное поле соленоида. Различают три способа намагничивания: полюсное, циркулярное и комбинированное.

Полюсным намагничиванием создают продольное магнитное поле (вдоль детали). Деталь помещают между полюсами электромагнита (постоянного магнита) или в магнитное поле соленоида. Это намагничивание применяют для выявления дефектов расположенных перпендикулярно продольной оси детали или под углом к ней не более 20... 25 градусов.

Циркулярным намагничиванием создают магнитное поле, магнитные силовые линии которого расположены в виде замкнутых концентрических окружностей. Через деталь пропускают электрический ток. При необходимости обнаружения дефекта на внутренней цилиндрической поверхности ток пропускают через стержень или кабель из немагнитного материала (медь, латунь, алюминий), помещенный в отверстие детали. Это намагничивание служит для нахождения дефектов расположенных вдоль продольной оси детали или под небольшим углом к ней.

Комбинированное намагничивание заключается в одновременном воздействии на деталь двух взаимно перпендикулярных нолей. В результате их сложения образуется результирующее магнитное поле, величина и направление которого зависят от вектора магнитной напряженности каждого из слагаемых. Для получения комбинированного магнитного поля обычно через деталь пропускают электрический ток, создавая в ней циркулярное магнитное поле, и одновременно помещают в соленоид (или электромагнит), создавая продольное магнитное поле.

Магнитные силовые линии результирующего поля направлены по винтовым линиям к поверхности изделия, что позволяет обнаруживать дефекты разной направленности.

В магнитном поле или в поле остаточной намагниченности выявляют дефекты с помощью магнитного порошка или суспензии. В магнитном поле определяют дефекты деталей, изготовленных из магнитномягких материалов (Сталь 3, сталь 10, сталь 20 и др.), обладающих небольшой коэрцитивной силой (напряженностью магнитного поля, необходимого для полного размагничивания материала).

При контроле в ноле остаточной намагниченности деталь предварительно намагничивают и после снятия намагничивающего поля определяют дефект. Этот способ применяют для деталей, изготовленных из магнитожестких материалов легированных и высокоуглеродистых сталей, подвергнутых термообработке. Его преимущество заключается в простоте и универсальности визуального контроля и отсутствии прожогов на деталях а местах контакта с электродами дефектоскопа.

Комбинированное намагничивание проводят только в приложенном магнитном поле, а циркулярное и полюсное — в приложенном поле и в поле остаточной намагниченности.

Для намагничивания деталей может быть использован как переменный, так и постоянный ток. Переменный ток служит для нахождения поверхностных дефектов и размагничивания деталей. Действие магнитного поля переменного тока ограничивается поверхностными слоями изделия.

Постоянный ток применяют для выявление подповерхостных дефектов. Создаваемое им магнитное ноле однородно и проникает достаточно глубоко в деталь.

Для определения дефекта большое значение имеет правильный выбор напряженности магнитного поля. Чрезмерно большая напряженность приводит к осаждению магнитного порошка но всей поверхности изделия и появлению «ложных» дефектов, а не достаточное — снижению чувствительности методов. При контроле приложенном магнитном поле на поверхности детали она должна находиться в пределах 1590...3979 А/н, а на остаточную намагниченность приходится 7958...15915А/н.

Сила тока, А, при циркулярном намагничивании цилиндрических деталей:

I = 0,25 Hd, (2.6.3.1)

где Н - напряженность магнитною поля, А/м;

d - диаметр детали, мм.

Для тонких пластин и дисков сила тока, А,

I = 0,16 Нb, (6.3.2)

где, b - диаметр диска или ширина пластины, мм.

При полюсном намагничивании в соленоиде сила тока, А, пропускаемого через его обработку,

, (6.3.3)

где, D - средний диаметр соленоида, cм;

l - длина соленоида, см;

п - число витков соленоида.

Для индикации дефектов применяют ферромагнитные порошки с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Порошок магнетита (Fe₃O₄) черного или темно-коричневого цвета используют для контроля деталей со светлой поверхностью, а порошок оксида железа (Fe₂O₃) буро-красного цвета - с темной поверхность. Зернистость порошка существенно влияет на обнаружение дефектов и должна быть 5-10 мкм.

Магнитную суспензию приготовляют, используя керосин, трансформаторное масло, смесь минерального масла с керосином и водные растворы некоторых веществ. На 1 литр жидкости добавляют 30 - 50 г магнитного порошка.

После контроля все детали, кроме бракованных, размагничивают. Восстановление не размагниченных деталей механической обработкой может привести к повреждению рабочих поверхностей из-за притягивания стружки. Не следует размагничивать детали, подвергающиеся при восстановлении нагреву сварочно-наплавочными и другими способами до температуры 600-700 градусов С.

Детали размагничивают, воздействуя на них переменным магнитным полем, изменяющимся от максимального значения напряженности до нуля.

Крупногабаритные детали (коленчатые и распределительные валы и др.) размагничивают, пропуская через них ток, постепенно уменьшая его значение до нуля. Детали с отношением длинны к ширине, равным более пяти, размагничивают перемещением их чрез открытый соленоид.

Короткие изделия с большим поперечным сечением размагничиваются плохо. Поэтому их предварительно соединяют в пакет и располагают вдоль оси соленоида.

Степень размагниченности контролирует, осыпая детали стальным порошком. У хорошо размагниченных деталей порошок не должен удерживаться на поверхности. Для этих же целей применяют приборы ПКР - 1, снабженные феррозондовыми полюсоискателями.

Для контроля деталей магнитопорошковым способом серийно выпускают стационарные, переносные и передвижные дефектоскопы. Последние включают в себя: источники тока, устройства для подвода тока, намагничивания деталей и для нанесения магнитного порошка или суспензии; электроизмерительную аппаратуру. Стационарные приборы (УНДЕ-2500, ХМД-10П, МД-5 и др.) характеризуются большими мощностью и производительностью. На них можно проводить все виды намагничивания

В ремонтном производстве широко распространены переносные и передвижные магнитные дефектоскопы (ПМД-68, ПМД-70, ПМД-77, ПМД-ЗМ, М-12, М217 и МДВ). Они имеют относительно небольшие массу, габариты и дают возможность получать магнитные поля достаточной напряженности.

Ультразвуковой метод - разновидность акустических методов контроля дефектов. Метод основан на свойстве ультразвуковых колебаний (волн) прямолинейно распространяться в однородном твердом теле и отражаться от границ раздела сред с различными акустическими сопротивлениями, в том числе нарушенной сплошности материала (трещин, раковин, расслоений и др.).

В практике чаще всего применяют теневой и импульсный эхо-методы дефектоскопии.

Теневой метод основан на сквозном прозвучивании. Ультразвуковые колебания (УЗК) вводя в деталь с одной стороны, для чего служит пьезоизлучатель 2 (рис.2.6.3.4) и генератор 1.

Рис.6.3.4 Схема установки ультразвуковой дефектоскопии теневым методом:

1 – генератор, 2 – пьезоизлучатель, 3 – изделие, 4 – дефекты,

5 – пьезоприемник, 6 – усилитель, 7 – индикатор.

Колебания принимаются пьезоприемником 5, расположенном с противоположной стороны детали.

При отсутствии в детали дефектов, колебания прошедшие через нее, будут восприняты и преобразованы в электрический сигнал пьезоприемником, усилены усилителем б и поданы на индикатор (электронно-лучевую трубку осциллографа) почти без изменений амплитуды. Если на пути пучка УЗК встречается дефект, то амплитуда на экране прибора будет меньше исходного значения. Мощность воспринятого сигнала зависит от площади сечения пучка колебаний, площади сечения дефекта и глубины его залегания. В случае если дефект полностью перекроет пучок, показания прибора будут равны нулю.

Недостаток этого метода заключается в необходимости доступа к изделию с двух сторон, что не всегда возможно, а так же в необходимости синхронного перемещения пьезоизлучателя и пьезоприемника по поверхности детали.

Импульсный эхо-метод в отличие от теневого основан на посылке деталь излучения в виде коротких импульсов, регистрации интенсивности и времени, отраженных от дефектов и границ детали сигналов (эхо-сигналов). Ультразвуковые импульсы (рис.2.6.3.5.) посылаются в изделие один за другим.

При этом между импульсами есть промежутки времени, называемые паузами. Периодом импульсов называют время, мкс, от начала действия одного импульса до начала следующего, т.е.

T = l + t, (2.6.3.4)

где, 1- длительность импульса, мкс; t - пауза, мкс

Рис.6.3.5 Схема импульсов ультразвуковых колебаний, посылаемых в

контролируемую деталь

Импульсы колебаний подаются и воспринимаются одной пьезоголовкой. Отражаясь от дефекта или границ раздела сред, они воспринимаются пьезоэлементом в периоды пауз. Для того чтобы эхо-сигналы не попали на искательную головку в период, когда он работает как излучатель, длительность пауз должна быть в 2...3 раза больше длительности импульсов. Электрические колебания звуковой частоты, создаваемые генератором 3 (рис.2.6.3.6), пройдя через генератор 2 импульсов, подаются на пьезоэлемент искательной головки 6, где преобразуются в ультразвуковые. Одновременно импульс от генератора 2 подается на горизонтальные пластины электронно-лучевой трубки 5 осциллографа, вычерчивая на экране зондирующий (начальный) импульс А. Ультразвуковые колебания, пройдя через деталь 7, отражаются от ее противоположной стороны (поверхности раздела сред), воспринимаются пьезоэлементом искательной головки и преобразуются им в переменные электрические сигналы. Последние, усиливаются усилителем 1. Далее колебания подаются на горизонтальные пластины осциллографа, вычерчивая на экране импульс В.

Рис.2.6.3.6 Блок - схема импульсного ультразвукового дефектоскопа:

1-усилитель; 2-генератор импульсов; 3-задающий генератор; 4-генератор

развертки; 5-электронно лучевая трубка; 6- искательная головка;

7-контролируемая деталь; 8-пучок ультразвуковых волн;

9-дефект; а -начальный импульс; б - импульс от дефекта; в - концевой (данный) импульс.

Если в детали есть дефект, то ультразвуковой импульс отразится от него раньше, чем от противоположной поверхности изделия. Этот импульс будет воспринят пьезоэлементом, преобразован, усилен и подан на электронно-лучевую трубку осциллографа. В результате луч последнего, прочертит на экране между пиками А и В третий пик Б, свидетельствующий о наличии дефекта.

Аппаратура для ультразвукового контроля включает в себя: искательную головку, которую содержит пьезоэлемент для излучения и приема УЗК; электронный блок; вспомогательные устройства.

Искательные головки (рис.2.6.3.7) разделяют на три типа: прямые, наклонные и раздельно-совмещенные.

а б в

Рис.2.6.3.7 Схемы ультразвуковых преобразователей искательных

головок:

а – прямого; б – наклонного; в – раздельно-совмещенного; 1 – корпус;

2 – демпфер; 3 – пьезопластина; 4 – защитное донышко (протектор);

5 – призма; 6 – токопровод; 7 – акустический экран.

Первые предназначены для ввода в изделие продольных звуковых волн, перпендикулярных к поверхности изделия, вторые - для ввода в изделие комбинаций УЗК с преобладанием (в зависимости от поставленной цели) поверхностных, продольных или поперечных волн и третьи - для ввода пучка продольных волн под определенным углом к плоскости, перпендикулярной к поверхности детали.

Тип волны зависит от угла ввода, который может изменяться.

Применение таких головок дает возможность обнаруживать не только внутренние дефекты, но и наружные, например усталостные трещины различного характера.

Пучок 4 (рис.2.6.3.8) продольных волн введен в изделие через призму 2 искательной головки.

Рис.2.6.3.8. Схема контроля кромок лопаток поверхностными волнами:

1 – лопатка; 2 – призма головки; 3 – пьезопластина; 4 – пучок продольных УЗК; 5 – поверхностные волны; 6 –экран дефектоскопа; Тр – трещина на кромке; t – глубина проникновения поверхностных волн

С помощью поверхностных волн 5 обнаруживают трещины Тр на кромке лопатки 1. Раздельно - совмещенные головки вводят пучок продольных волн под углом 5... 10 градусов к плоскости, перпендикулярной к поверхности изделия.

Основным элементом всех искательных головок служит пьезопластина. Ее толщина равна половине длинны волны излучаемых ультразвуковых колебаний.

2.6.4. Ремонт коленчатых валов

Основными дефектами коленчатого вала являются износы шатунных и коренных шеек - уменьшение диаметра, отклонения геометрической формы, (конусность и бочкообразность), трещины, задиры и другие механические повреждения.

Механические повреждения и большой износ устраняют заваркой и наплавкой. В процессе шлифования геометрические размеры шеек исправляют на ремонтный размер подшипников.

Технологический процесс ремонта коленчатого вала зависит от конструктивных особенностей материала, имеющихся дефектов.

Обычно шейки шлифуют под один ремонтный размер, но в случае необходимости шатунные и коренные шейки могут быть отшлифованы под разные ремонтные размеры. При обработке шеек одновременно шлифуют и галтели, а также заплечники, удерживающие коленчатый вал от осевых перемещений. Шлифуют валы на круглошлифовальных станках. Отремонтированные коленчатые валы должны соответствовать ТУ.

Выход фасок масляных каналов шатунных и коренных шеек скругляют пневматической шлифовальной машиной, а затем полируют полировальной шкурой при помощи специальной конической оправки. Для получения шероховатости шейки в пределах Ra = 0,16…0,32 мкм каждую шейку отдельно полируют абразивной или алмазной лентой вместе с галтелями.

Суперфинишную обработку коренных и шатунный шеек (с галтелями проводят на полуавтомате для суперфиниширования, либо на станке СШ –301. Размеры коренных и шатунных шеек проверяют скобами, настроенными по концевым мерам.

Взаимное расположение шеек, а также радиус кривошипа определяют контрольными приспособлениями, шероховатость поверхностей шеек – профиломером. Радиальное биение не должно превышать: для средних коренных шеек под распределительную шестерню 0,03; для фланца маховика и шейки под уплотнение (сальник) заднего коренного подшипника 0,05мм. Непараллельность осей шатунных шеек относительно оси вала на длине 100ммне должна превышать 0,02 мм. Отклонения от цилиндрической формы шейки допускаются не более 0,015мм. Твердость шеек должна быть не ниже НRС 48.

Перед шлифованием шеек уже на третий ремонтный размер целесообразно производить их закалку ТВЧ при вертикальном положении вала.

Наплавкой под флюсам восстанавливаются коленчатые валы, цапфы картера заднего моста, полуось заднего моста и многие другие детали автомобиля.

1. Восстановление наплавкой стальных коленчатых валов

Основные дефекты: износ коренных и шатунных шеек, шпоночных канавок, отверстий под штифты крепления маховика резьбовых соединений, посадочных мест распределительной шестерни, шкива, наружного кольца шарикоподшипника в заднем торце вала. Местные дефекты – износ шпоночных канавок, отверстий под штифты – восстанавливаются наплавкой вручную. Другие дефекты, связанные и износом, устраняются автоматической сваркой под флюсом.

Коленчатый вал перед ремонтом необходимо разобрать – удалить шпонки, извлечь из масляных канавок заглушки и пробки, выпрессовать подшипник первичного вала коробки передач, снять противовесы. Разобранный коленчатый вал очистить от асфальто-смолистых, масляных и других загрязнений. После этого установить коленчатые валы, подлежащие наплавке (если размеры вала вышли за пределы, предусмотренные для восстановления методом ремонтных размеров) на наплавочной станок.

При капитальном ремонте автомобилей применяются в основном три способа восстановления коленчатых валов: технология, разработанная НИИТ и ГосНИТИ, технология Саратовского политехнического института (СПИ) и технология НПО Казавтотранс –техника.

В первом случае наплавка осуществляется пружиной проволокой второго класса Нп-80 или Нп-65Г, под флюсом АН-348А с добавлением 2,5 % феррохрома и 2% графита с последующим черновым и чистовым шлифованием шеек до исходного размера, суперфинишированием и полированием. Режимы наплавки: сила тока 190…200А; напряжение дуги 22…24В; частота вращения вала 3 мин^-1; продольная подача наплавочной головки 4 мм/оборот; скорость подачи электродной проволоки 2,4м/мин; диаметр проволоки 1,6…1,8 мм.

Недостатки:

1. Появление трещин при правке вала в следствии низкой пластичности наплавленного слоя ;

2. Образование микротрещин на поверхности шеек при шлифовании;

3. Нестабильность свойств наплавленного металла из-за изменения компонентов флюса.

По технологии СПИ наплавка шеек коленчатого вала производится проволокой Нп-ЗОХГСА под слоем флюса АН-348А или проволокой Нп-40Х2Г2М под флюсом ПН – 15М. Режимы наплавки: сила 180…220А; напряжение дуги 25…30В; продольная подача 4…6мм/оборот; скорость подачи проволоки 1,6…2,1м/мин; частота вращения вала при наплавке коренных шеек 2…2,5мин^-1, шатунных 2,5…3 мин^-1. Технология СПИ предусматривает также одновременную наплавку шеек коленчатого вала четырьмя электродами диаметром 1,6мм силе тока 300…320А, напряжении 26…28В, скорости подачи проволоки 58…59м/ч, частоте вращения вала 0,65 мин^-1. после наплавки коленчатый вал нормализуют, правят, обрабатывают точением с последующим полированием до исходного размера. Завершающими операциями являются закалка т.в.ч. и чистовая обработка поверхности шеек. Достоинствами технологии СИП являются: исключение образования трещин при правке и механической обработке, поскольку после нормализации вал приобретает высокую пластичность; возможность применения для наплавки проволоки с высокими механическими свойствами, обеспечивающими необходимую износостойкость шеек. Недостатки этой технологии – снижение качества коленчатого вала, достигнутого при термической обработке на заводе-изготовителе, и повышенные затраты на изготовление и эксплуатацию оборудования для нормалтзации.

Технология НПО Казавтотранстехника предусматривает наплавку пружинной проволокой второго класса под слоем флюса АН-348А с последующим высоким отпуском, что позволяет сохранить исходное улучшение коленчатого вала и снижает затраты на термическую обработку.

Наплавка коленчатых валов двигателей ЗИЛ – 130 и других автомобилей ведут при режимах: сила тока 180…250А; напряжение дуги 26…30В; частота вращения вала 2,5…3,0 мин^-1; шаг наплавки 4…5мм; скорость подачи проволоки 1,8…3,0мин^-14 смещение электрода с зенита 10 мм; вылет электрода 15…20мм; диаметр электродной проволоки 1,6…1,8 мм. Наплавка ведется постоянным током обратной полярности, например на установке У – 652.

Для наплавки шатунных шеек коленчатый вал устанавливают в центросмесители наплавочного станка, закрепляют в положении для наплавки шатунных шеек, в бункер подают флюс, устанавливают режим наплавки, переведенный выше,наплавляют сначала галтельный кольцевой валик, а затем включают продольную подачу и наплавляют шейку по всей длине. Аналогичным способом наплавляют все другие шатунные шейки, после чего вал подвергают контролю на прямолинейность оси коренных шеек и при прогибе более допустимого правят. При наращивании коренных шеек коленчатый вал устанавливают в центросмесители станка, закрепляют в положении для наплавки коренных шеек и наплавляют по такой же технологии, которая предусмотрена для шатунных шеек. Удлинение вала может быть компенсировано наплавкой бурта опорной коренной шейки с последующей механической обработкой.

Окалину, образовавшуюся на поверхности вала при нагреве в печи, снимают в ванне с раствором 20% серной кислоты и 3% поваренной соли (остальное вода) при 50˚С. После выдержки в кислотной ванне в течении 25мин поверхность коленчатого вала нейтрализуется в 5…10%-ом щелочном растворе и промывается чистой водой при 60˚С. Очищенный от окалины коленчатый вал контролируют на прямолинейность оси коренных шеек, смещение противовесов, биение носка, фланца и маховика, установив его шейками под распределительную шестерню и задний сальник на контрольные призмы.

Наплавка производится с предварительным нагревом. Температуру подогрева шлиц полуоси диаметром 70мм, изготовленной, например из стали 40ХНМА, можно определить расчетным путем.

2. Восстановление наплавкой чугунных коленчатых валов.

а) Двухслойная наплавка по технологии НИИА. Первый слой наплавляется малоуглеродистой стальной проволокой Св –08 диаметром 1,6 мм под флюсом АН-348А с введением во флюс 2,5 части графита, 2 частей феррохрома №6 и 0,25 части жидкого стекла. Первый слой дает металл шва с твердостью НКСэ 35…38, второй слой обеспечивает твердость НКСэ 52…62 с небольшой пористостью. В поверхностном слое возможно появление большого количества трещин, что снижает усталостную прочность коленчатого вала 26..28%.

б) Наплавка шеек коленчатого вала из высокопрочного чугуна с защитной металлической оболочкой под слоем флюса. В этом случае шейка чугунного коленчатого вала обвертывается низкоуглеродистой сталью толщиной 0,8…1,0 мм, прижимающейся к поверхности шейки при помощи специального приспособления. После сварки по такой оболочке на поверхности чугунной шейки образуется слой металла с малым содержанием углерода.

Далее наплавкой к этому получают на поверхности шейки слой заданного качества. При однослойной наплавке необходимый состав наплавленного металла получается за счет легирования его углеродом чугуна и компонентами флюса.

Рис. 2.6.4.1 Схема прихватки оболочки

Технологический процесс ремонта чугунных коленчатых валов состоит из следующих операций: очистки и обезжиривания используемого листа; разрезания его на полосы и вырубка (штамповки) из него заготовок для обволакивания шеек; установки оболочки на шейку коленчатого вала и прижатия ее к шейке с усилием 5кН при помощи клещей или струбцин; прихватывания стыка оболочки электрической дугой; сварки галтельной части шейки по краям оболочки; наплавки шеек под легирующим флюсом. Оболочка должна плотно прижиматься к шейки. Прихватка стальной оболочки производится в двух точках на расстоянии 5 мм от галтелей в атмосфере углеродистого газа. Плотность прилегания оболочки проверяется по звуку при простукивании по ней легкими металлическим стержнем длиной 150…200 мм и диаметром 12…15 мм. После прихватки по стыку конца оболочки привариваются в трех местах к галтели шейки в среде углекислого газа. Это предупреждает обгорание концов оболочки и образование свищей и раковин. В местах расположения отверстий масляных каналов оболочку пробивают бородком и полученные отверстия закрывают пастой, огнеупорной глиной, стержнями из графита или асбеста.

С справочной литературе приведены данные по наплавке чугунных коленчатых валов по оболочке из низкоуглеродистой стали. При этом используется следующий материал: электродной проволоки для прихватки оболочек Св-08, Св-08А, Св-0,8ГС, Св-Г2С; проволока для наплавки галтелей и шеек под легирующим флюсом – Св-0,8, Св-0,8А диаметром 1,6 мм; листовой стали для оболочек - стали 0,8 толщиной 0,8…0,9мм; флюса АН-348А; легирующих компонентов – графита, феррохрома №6; углеродистый газ – сварочный или пищевой.

в) Наплавка шеек коленчатого вала порошковой проволокой в два слоя. Первый слой наплавляют малоуглеродистой проволокой с внутренней защитой, обеспечивающей газошлакообразующие компоненты при наплавке. Для второго слоя применяют легированную порошковую проволоку, обеспечивающую получение износостойкого слоя.

Рекомендуемый режим наплавки первого слоя: напряжение холостого хода 34…35В, напряжение сварочной дуги 20…22В, сила тока 150…180А, полярность обратная, частота вращения вала 2,0…2,5мин^-1, скорость подачи проволоки 77м/ч, шаг наплавки 7 мм/об, диаметр проволоки 1,95мм, вылет электрода 15мм.

Режим наплавки второго слоя: напряжение холостого хода 31…32В, напряжение сварочной дуги 20…21В, сила тока 150…180А, полярность обратная, частота вращения вала 2,0…2,5 мин^-1, скорость подачи проволоки 88м/ч, шаг наплавки 5мм/об, диаметр проволоки 1,95мм, вылет электрода 15мм. Общая толщина наплавленного слоя 2,8…3,0 мм. При наплавке по данному способу получается стабильный состав наплавленного металла, соответствующий составу среднеуглеродистой стали. В целом по рассмотренной технологии можно получить довольно высокое качество восстановленных валов при условии тщательной подготовки шеек к наплавке,

Схема производственного процесса

Прием машин в ремонт

Площадка машин, ожидающих ремонт

Наружная очистка машин

Разборка на агрегаты и сборочные единицы

Ремонт кабин и оперения

Ремонт рам

Ремонт электрообо-рудования

Сборка машин

Обкатка и испытание машин

Окраска машин

Склад готовой продукции

Сдача заказчику

Разборка агрегатов и сборочных единиц на детали

Очистка деталей

Дефектовка деталей

Годные

Требующие ремонта

негодные

Восстановление деталей

Комплектовочный склад

Материально-технический склад

Сборка агрегатов и сборочных единиц

Обкатка и испытание агрегатов

Окраска готовых агрегатов

заключающейся в горячей мойке в 10%-ом растворе каустической соды в течении 30 мин, нагреве в термической печи до 300˚С с выдержкой в течении 1 ч, очистке от копоти, нагара и ржавчины на полировальном станке. Себестоимость коленчатых валов, восстановленных двухслойной наплавкой порошковыми проволоками, ниже себестоимости новых валов.

2.6.5. Сварка и наплавка

Ручная сварка и наплавка.

Особенности ручной сварки и наплавки. Рассмотрим некоторые понятия.

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений твердых металлов посредством установления межатомных связей между свариваемыми деталями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Наплавка — разновидность сварки и представляет собой процесс нанесения слоя металла на поверхность изделия. Согласно ГОСТ 19521 сварку и наплавку металлов классифицируют по физическим, техническим и технологическим признакам.

К физическим признакам относят форму вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента как носителя энергии.

В зависимости от вводимой энергии сварочные процессы разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относят такие виды сварки, которые выполняют плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, газовая, высокочастотная, термитная, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая и лазерная); термомеханическому — с применением тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная, газопрессовая и взрывом); механическому — с использованием механической энергии и давления (трения, ультразвуковая и холодная).

К техническим признакам относят способ защиты зоны сварки, непрерывность процесса и степень механизации. По способу защиты металла сварка бывает в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, в пене и комбинированной защите.

В качестве защитных газов можно использовать активные газы (углекислый газ, азот, водород, водяной пар и их смеси), инертные газы (аргон, гелий, их смеси) и смеси активных и инертных газов.

По непрерывности процесса различают непрерывные и прерывистые виды сварки, по степени механизации — ручные, механизированные и автоматические.

По технологическим признакам сварка может быть дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, контактная, диффузионная, газопрессовая, ультразвуковая, взрывом, трением и холодная.

При ремонте машин операции сварки и наплавки по сравнению с другими методами восстановления более распространены, так как с помощью них можно получить:

на рабочих поверхностях деталей слой любой толщины и химического состава;

наплавленный слой с разнообразными свойствами, т. е. высокой твердостью и износостойкостью, антифрикционные, кислотостойкие, жаропрочные и др.

Сварка и наплавка при распределении работ по методам восстановления занимают 70 % всего объема. Из 75 марок низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной сварочной проволоки, выпускаемой в России, примерно 35 % используют для механизированной сварки, 60 % — при изготовлении электродов и только 5 % — для газовой сварки.

В ремонтных мастерских 80 % деталей восстанавливают дуговой сваркой и 20 % — газовой.

Дуговая сварка и наплавка. Дуговая сварка относится к сварке плавлением с помощью электрической дуги. Впервые явление электрической дуги было открыто в 1802 г. академиком В. В. Петровым. Если два электрода подключить к источнику тока и в дальнейшем их разъединить, то между ними в газообразной среде возникает дуговой разряд. В 1882 г. русский инженер Н. Н. Бернадос первым в мире применил эту электрическую дугу для целей плавления и сварки металла угольным электродом. Электрическая дуга горит между угольным электродом и свариваемой деталью. Присадочный материал для заполнения сварочного шва вводят в ванну извне в виде отдельного прутка.

Сварка угольным электродом имеет небольшое распространение, и ее используют главным образом при сварке тонколистовых материалов (облицовка комбайнов), наплавке твердыми сплавами почворежущих деталей плугов, культиваторов и др.

В 1888 г. русским инженером Н. Г. Славяновым была изобретена дуговая сварка плавящимся металлическим электродом. Процесс сварки значительно упростился, и она получила наибольшее применение. Для получения электросварочной дуги используют постоянный и переменный ток. Так сваривают малоуглеродистые, углеродистые и легированные стали всех марок, чугун, цветные металлы, а также наплавляют твердые сплавы.

Чтобы полностью сплавить свариваемые кромки, когда толщину деталей нельзя проплавить за один проход, нужно выполнить разделку (скос) кромок в зависимости от их толщины и метода сварки.

Дуговую сварку классифицируют следующим образом:

по степени механизации — ручная, механизированная и автоматизированная;

по роду тока — постоянный, переменный и пульсирующий;

по состоянию дуги — свободная и сжатая;

по числу дуг — одно- и многодуговая;

по полярности сварочного тока — прямой и обратный;

по виду электрода — плавящийся (металлический), неплавящийся (угольный, вольфрамовый и др.).

Формирование и кристаллизация металла сварочной ванны. Этот процесс происходит по мере перемещения источника теплоты и начинается от частично оплавленных зерен основного металла в виде дендритов, растущих в направлении, обратном теплоотводу. На различных этапах кристаллизации металла сварочной ванны и роста дендритов состав кристаллизирующегося жидкого металла неодинаков. Первые порции металла менее загрязнены примесями. В результате образуется зональная и внутри дендритная химическая неоднородность металла.

Металл швов, выполненных сваркой плавлением, имеет столбчатое строение. Кристаллы отличаются крупными размерами и легкоразличимы при изучении микроструктуры.

Образование и строение зоны термического влияния. В каждой точке околошовной зоны температура вначале нарастает, а затем снижается, и чем ближе точка расположения к границе сплавления, тем быстрее металл нагревается. Поэтому его структура и свойства в зоне будут различны. Ее размеры и характер превращений будут зависеть от теплофизических свойств свариваемого (наплавляемого) металла, способа и режима сварки, типа сварного соединения и т. п.

На рис. 2.6.5.1 представлена схема структурных изменений зоны термического влияния среднеуглеродистой стали в момент, когда металл шва находится в расплавленном состоянии.

При переходе вещества из одной фазы в другую изменяются свойства сварного соединения. В процессе сварки плавлением взаимодействующими фазами служат жидкий и твердый металл, газ и жидкий шлак. Выделяют две основные зоны взаимодействия расплавленного металла с газами и шлаком — торец электрода с образующимися на нем каплями и сварочную ванну. Полнота протекания реакции и их направление в зависимости от условий взаимодействия (температуры, времени) могут быть различны. Для удобства рассмотрим сначала взаимодействие металла с газовой фазой, а затем со шлаком, хотя они протекают одновременно.

Одна из главных задач при сварке плавлением — предупреждение вредного воздействия воздуха на металл (см. рис.2.6.5.2). Обычно эту задачу решают с помощью газовой или шлаковой защиты зоны сварки.

В жидких металлах водород растворяется, тогда как азот и кислород вступают с ним в химическое взаимодействие. Наиболее вероятное состояние в жидком металле газов будут растворенные в диссоциированном на атомы (ионы) виде по реакции, например, Н₂↔2Н. Зависимость растворенности этих газов от температуры имеет сложный характер. В основном с повышением температуры растворимость возрастает, за исключением температур плавления.

Сварку проводят нормальным ацетиленокислородным пламенем или с применением газов — заменителей ацетилена. Присадочным металлом служит свинцовая проволока или полоса. В качестве флюса применяют стеарин, которым натирают присадочный материал, а также флюс из равных частей стеарина

и канифоли.

Рис.2.6.5.1 Схема структурных изменений зоны термического влияния

среднеуглеродистой стали на участках:

1 — жидкого состояния металла; 2 — твердожидкого состояния; 3 — перегрева; 4 — нормализации (перекристаллизации); 5— неполной перекристаллизации; 6— рекристаллизации; 7— старения

Дуговые способы наплавки. Дуговая наплавка под слоем флюса. При использовании этого способа можно повысить мощность сварочной дуги за счет увеличения допустимой плотности тока до 150...200 А/мм² (при ручной дуговой сварке плавящимся электродом не превышает 15...30 А/мм²) без опасности перегрева электрода. Производительность сварочно-наплавочных работ повышается в 6...7 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.

Горение дуги под слоем флюса способствует резкому снижению теплообмена с внешней средой, в результате чего удельный расход электроэнергии при наплавке металла уменьшается с 6...8 до 3...5 кВт-ч/кг. Значительно улучшаются условия формирования наплавленного металла и его химический состав. Так, содержание кислорода в наплавленном слое в 20 раз и более, а азота втрое ниже, чем при наплавке штучным электродом.

При механизации процесса сокращаются потери электродного материала на разбрызгивание и огарки с 20...30 до 2...4 %, а также снижается влияние квалификации сварщика на качество сварочно-наплавочных работ.

Между электродом 1 (рис. 2.6.5.2), проходящим через мундштук 2, и деталью 11 возбуждается электрическая дуга 5. В зону горения последней по флюсопроводу 4 поступает флюс 3. Тепловая энергия, возникающая при горении дуги, оплавляет электрод и расплавляет флюс. В результате образуется флюсовый пузырь, состоящий из газовой оболочки 7 и расплавленного флюса 6, что защищает дугу и расплавленный металл 8 от воздействия внешней среды. По мере перемещения сварочной ванны наплавленный металл 9 остывает и формируется под защитой шлаковой корки 10.

Наплавкой под слоем флюса восстанавливают и упрочняют детали с достаточно большими износами (до 3...5 мм).

Для этого используют наплавочные головки, устанавливаемые на обычные токарные станки или специализированные наплавочные полуавтоматы. Наплавляют детали типа «вал» (опорные катки, оси, различные валы), плоские поверхности (шлицы валов), а также детали сложного профиля (зубья ведущих звездочек и т. п.).

Наплавочная установка включает в себя вращатель (токарный станок), обеспечивающий закрепление и вращение деталей и перемещение наплавочной головки относительно ее. Наплавочная головка состоит из механизма подачи проволоки, изменяющего ступенчато или плавно скорости подачи электрода, мундштука для подвода проволоки к детали, флюсоаппарата, представляющего собой бункер с задвижкой для регулирования количества подаваемого флюса. В некоторых случаях во флюсоаппарат входит устройство для просеивания и транспортирования флюса в бункер.

Рис. 2.6.5.2 Схема наплавки под слоем флюса цилиндрических деталей:

1 — электрод; 2 — мундштук; 3 — флюс; 4— флюсопровод; 5 — электрическая дуга; 6 — расплавленный флюс; 7 — газовая (газошлаковая) оболочка; 8 и 9— расплавленный и наплавленный металл; 10 — шлаковая корка; 11 — деталь; Н — вылет электрода; а — смещение электрода с зенита; V_э — скорость подачи электродной проволоки; V_h — скорость наплавки; n — частота вращения детали.

Наибольшее распространение получила наплавка на постоянном токе, так как она способствует получению более высокой стабильности и качества процесса.

Источниками постоянного тока служат сварочные преобразователи и выпрямители с пологопадающей или жесткой характеристикой, рассчитанные на номинальный ток до 300...500 А.

Сварка и наплавка чугунных деталей.

Особенности сварки и наплавки чугунных деталей. Как известно, в чугуне углерод существует в виде графита и цементита. Хорошо обрабатывается металлорежущими инструментами: серый чугун и плохо обрабатывается белый чугун имеет очень высокую твердость, низкую пластичность. Графитизация или отбеливание чугуна зависит от его химиче­ского состава и скорости охлаждения при кристаллизации или после высоко­температурного нагрева. Отбеливанию чугуна способствует содержание в нем марганца, ванадия, молибдена, серы, а графитизации — кремния, никеля.

Нагрев в процессе сварки и последующее охлаждение могут сильно из­менить структуру металла шва и околошовной зоны, поэтому чугун относится к материалам, имеющим плохую свариваемость. Тем не менее, в маши­ностроении разработаны специальные технологии сварки чугуна, учитывающие все специфические особенности. В основном они состоят в следующем.

1. Отбеливание чугуна в зоне нагрева вследствие высокой скорости ох­лаждения металла шва и околошовной зоны с высокой твердостью резко сни­жает технологичность чугуна.

2. Возможность образования трещин в шве и околошовной зоне в связи с незначительной пластичностью чугуна, подвергаемого неравномерному мест­ному нагреву.

3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны вследствие окисле­ния углерода с образованием его окиси, в результате чего шов получается по­ристым. Газовыделение продолжается и на стадии кристаллизации.

4. Повышенная жидкотекучесть расплавленного чугуна, затрудняющая удержание его от вытекания при сварке и формировании шва.

5. Наличие в чугуне кремния и других элементов с тугоплавкими окис­лами, тогда как сам чугун плавится при температуре 1250...1260 °С. Эти окис­лы, образуя на поверхности сварочной ванны твердую окисную пленку, могут привести к образованию непроваров.

Горячая сварка и наплавка чугуна. Горячая сварка является радикальным способом предотвращения отбе­ливания шва и околошовной зоны, образования пор и трещин. Сущность про­цесса состоит в подогреве чугуна до температуры 600...650 °С с последующим медленным охлаждением после сварки. Технологический процесс горячей сварки включает подготовку изделия под сварку, подогрев до нужной темпера­туры подготовленной детали, сварку и медленное охлаждение до комнатной температуры.

Подготовка изделия к сварке определяется характером дефекта. При всех вариантах подготовки дефектное место тщательно очищается от загрязне­ний и разделывается так, чтобы образовать полости для воздействия источни­ком тепла при сварке и подачи присадочного материала.

Сварка подготовленного изделия производится электрической дугой или газовым пламенем. Для сварки используются плавящие электроды из чугуна марок А, Б, НЧ-1 или НЧ-2 сердечниками, электродов диаметром 5...20 мм. По­крытия содержат стабилизирующие и легирующие компоненты: графит, карбо­рунд, ферросилиций, силикокальций и другие материалы. Горячая сварка чугу­на осуществляется силой тока, определяемой зависимостью I_св ⁼ (60...100)d_э, где d_э — диаметр прутка, мм. Сварка производится без перерывов до конца за­варки дефекта. Поскольку сварка производится при температуре 600...650 °С, электродержатель должен иметь защитный щит, предохраняющий руку свар­щика от ожогов.

Горячая сварка чугуна может производиться также угольным электро­дом с использованием в качестве присадочного материала чугунных прутков.Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла по табл. 2.6.5.1.

Сварка производится с использованием флюса на ос­нове бора, чаще всего прокаленной технической буры. Для горячей сварки чугуна можно использовать и порошковую проволоку ППЧ-3, содержащую 4,5...5,0 % углерода, 3,3...4,0 % кремния, 0,1...0,3 % алюминия и 0,1...0,3 % титана. В состав шихты порошковой проволоки вв9дятся такие компоненты, которые обеспечивают получение металла шва, близкого по составу с чугуном. Так, металл шва, сваренного порошковой про­волокой ППЧ-3, содержит 3,0...3,8 % углерода, 3,0...3,8 % кремния, по 0,1 % алюминия и титана.

Таблица 2.6.5.1.

Значения силы сварочного тока

Толщина стенки, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, мм
2-3	2,5-3	60-90
3-5	3-4	90-150
5-8	3-4	140-190
8-12	4-5	160-230

Горячую сварку можно осуществить также кислородно-ацетиленовым пламенем с небольшим избытком ацетилена. Сварочные горелки выбирают так, чтобы обеспечивался расход ацетилена 100,..200 дм³/ч на 1 мм толщины метал­ла присадочным материалом чугунные прутики марки А и Б, как и при элек­тродуговой сварке.

Различные металлургические и технологические средства позволяют производить полугорячую электродуговую сварку. Полугорячая сварка с про­гревом - до 400 может быть выполнена прутком из никелевого чугуна или по­рошковой проволокой ППЧ-2.

Холодная сварка и наплавка чугуна. Холодная сварка чугуна может производиться электродами, по­зволяющими получить, в наплавленном металле состав низкоуглеродистой и специальных сталей или цветных сплавов. Если чугун сваривать обычными электродами, предназначенными для углеродистой и низколегированной стали, то неизбежно в металле шва образуется высокоуглеродистая сталь, которая при охлаждении чугуна без предварительного нагрева будет закалена, в результате чего может образоваться трещина.

Применение для сварки чугуна электрода ЦЧ-4 со стержнем из малоуглеродистой стальной проволоки Св-08 или Св-08А. Покрытие электрода имеет следующий состав, % (по массе): мрамор — 12, плавиковый шпат — 16, ферро­ванадий — 66, ферросилиций — 4, поташ — 2, жидкое стекло — 30 от массы сухой смеси. Ванадий является более сильным карбидообразующим элементом, чем железо, поэтому при сварке вместо карбида железа получается карбид ва­надия с невысокой твердостью, вследствие чего вероятность появления трещин при сварке значительно снижается.

Электроды ЦЧ-4 являются относительно дефицитным и дорогостоящим материалом из-за содержания в их покрытиях большого количества ванадия (до 66% феррованадия). Более доступными для ремонта чугунных деталей автомо­биля являются электроды на основе меди и никеля, не образующих с углеродом химических соединений, способствующих графитизации чугуна и уменьшаю­щих растворимость углерода в железе. Кроме того, пластичность металла шва на основе меди и никеля снижает вероятность образования трещин. Ремонт чу­гунных деталей осуществляется с использованием медно-железных, медно-никелевых и железоникелевых электродов.

Применяют несколько типов медно-никелевых и других сплавов для из­готовления стержня электродов.

1. Медный стержень с оплеткой жестью толщиной 0,3 мм и шириной 5...7 мм. Эта лента навивается на стержень по винтовой линии. Затем на стер­жень наносится фтористо-кальциевое или другое покрытие. Другой вариант медно-железных электродов изготовляется запрессовкой в медную трубу же­лезного (из низкоуглеродистой стали) прутка. Можно изготовить стержень из стального прутка с оплеткой медью. Все разновидности стержней не должны содержать более 10... 15 % железа. В противном случае в металле шва может образоваться большое количество карбидов железа, снижающих пластичность шва.

2. Пучок электродов, состоящий из нескольких медных и стальных прутков, связанный в четырех-пяти местах медной проволокой. Пучок имеет защитное покрытие любой марки. Для лучшего контакта прутки в конце при­жимаются электрододержателем. Количество медных и железных прутков подбирается с учетом их соотношения, указанного ранее.

3. Электрод марки 034-1 с медным стержнем диаметром 4...5 мм и по­крытием УОНИ-13/45 содержит медь и железный порошок в равных соотноше­ниях. Электроды 034-1 получили наиболее широкое применение при холодной сварке чугуна.

Медно-железный сплав в составе металла шва получают сваркой мед­ным электродом по слою флюса, состоящего из 50 % прокаленной буры, 20 % каустической соды, 15 % железной окалины и 15 % железного порошка. Флюс, насыпанный на свариваемые кромки детали слоем 10 мм, расплавляют элек­трической дугой. Дуга горит между электродом и токопроводящим флюсом. При сварке чугуна медно-железным электродом не следует допускать сильного разогрева основного металла. Ток должен быть минимально возможным, шов — коротким в разброс с перерывами для охлаждения свариваемой детали. Медно-железный шов можно перековывать в горячем состоянии, чтобы уменьшить уровень сварочных напряжений. Проковка позволяет снизить веро­ятность образования трещин в околошовной зоне.

При сварке медно-железным электродом получается неоднородный ме­талл шва. Это характерно для всех способов получения электродов. Причина неоднородности: наличие мягкой сердцевины и твердых включений карбида железа. Это затрудняет механическую обработку и препятствует получению высокой чистоты обработанной поверхности. Несколько лучшие результаты дает электрод АНЧ-1 с сердечником из стали марки Св-04Х18Н9 и медной обо­лочкой. Электрод имеет покрытие фтористо-кальциевого типа.

Медно-никелевые электроды практически не дают твердых карбидных составляющих, способствуют надежному сплавлению с чугуном.

Для изготовления электрода используются медно-никелевые сплавы - монель-металл и константан. Электрод МНЧ-1 из первого сплава НМЖМЦ 28-2,5-1,5 содержит 65...75 % никеля, 27...30 % меди, 2...3 % железа и 1,2... 1,8 % марганца; электрод МНЧ-2 из второго сплава МНМЦ 40-1,5 — 60 % никеля и 40 % меди. Медно-никелевым сплавам присущи два основных недостатка: вы­сокая стоимость электродов и большая усадка расплавленного металла при кристаллизации и связанное с этим образование горячих трещин. Горячие тре­щины иногда имеют вид сплошной сетки, снижающей прочность шва. По этой причине сварку медно-никелевыми электродами не рекомендуется применять для заварки трещин. Электроды МНЧ-1 и МНЧ-2 имеют покрытия основного типа.

Для сварки чугунов используется железоникелевый сплав ЖНБ-1, со­стоящий из 45 % железа, 55 % никеля, с примесями до 0,07 % углерода, до 1,5 % марганца и до 0,7 % кремния. Железоникелевые электроды имеют покрытие марки УОНИ-13/45 и могут использоваться для заварки отдельных небольших дефектов из серого и высокопрочного чугуна и в ряде дру­гих случаев.

Кроме электродов ЖНБ-1, из этой группы применяется электрод ЦЧ-ЗА со стержнем из проволоки Св-08Н50 с покрытием: 35 % доломита, 25 % плави­кового шпата, 10 % графита и 30 % ферросилиция. Следует отметить, что все электроды, содержащие никель, дефицитны и находят ограниченное примене­ние. Дефицитны и присадочные проволоки на основе никеля ПАНЧ-11 и ПАНЧ-12, используемые для полуавтоматической сварки чугуна. Достоинст­вом этих проволок является применение их без покрытия, флюсовой или газо­вой защиты.

Разработана технология ремонта сваркой корпусных деталей, например блоков цилиндров автомобильных двигателей.

Восстановление чугунных деталей сваркой. Из обычных серых, ковкого и высокопрочного чугунов изготовляются блоки цилиндров, головки блоков, коленчатые и распределительные валы, кар­теры коробок передач и главной передачи задних мостов, чашка дифференциа­ла задних мостов и другие детали автомобиля.

Для получения качественных сварных соединений на чугунных деталях производят предварительную операцию под сварку, соблюдая следующие ус­ловия.

1. Приступая к подготовке к заварке различных дефектных участков на чугунных деталях, необходимо выявить границы их распространения (визуаль­ный осмотр в лупу, керосиновая проба и т.п.) и установить форму разделки. При обнаружении трещин следует произвести засверловку их концов.

2. Удаление дефектных участков производится механическими способа­ми, а именно фрезерованием, сверловкой, вырубкой зубилом и т.п.

3. Поверхность детали или отливки, прилегающая к месту сварки, на 10...20 мм вокруг него зачищается абразивным кругом или щеткой до металли­ческого блеска.

4. Разделка кромок трещин, спаев и других дефектных участков произ­водится путем снятия фасок вдоль края. При доступности для сварки только одной стороны детали, а также при толщине стенки до 15 мм делается V-образная разделка кромок с общим углом раскрытия 60... 70°. В местах, доступ­ных двусторонней сварке, при толщине стенки свыше 15 мм производится дву­сторонняя Х - образная разделка с тем же углом раскрытия.

5. Усадочные, газовые и шлаковые раковины разделываются до непо­врежденного металла до тех пор, пока не будет достигнута возможность вы­полнения сварки выбранным диаметром электрода. При этом наилучшей фор­мой разделки подобных дефектов считается полусфера.

6. На подготовленных к сварке поверхностях не должно быть масла, ке­росина или других органических соединений, а также влаги, поскольку это мо­жет привести к образованию газовых включений в металле шва.

7. Сквозные отверстия, отбитые части чугунных деталей могут быть восстановлены посредством приварки чугунных или стальных вставок. Вставки тщательно подгоняются по месту дефекта с равномерным зазором, а их кромки и кромки основного металла разделываются, как указано ранее. Для уменьше­ния напряжений, возникающих при сварке, вставкам рекомендуется придать предварительный выгиб, а их краям — округлую форму.

8. Подготовка под сварку чугунных деталей или их сочетаний со сталь­ными деталями осуществляется так же, как это предусмотрено для стальных конструкций.

Обломы краев площадки крепления генератора, обломы или трещины фланцев крепления картера сцепления или крышки распределительных шесте­рен, фланца крепления нижнего картера, гнезд вкладышей коренных подшип­ников могут устраняться наплавкой металла на место обломов. Поврежденное место может быть подготовлено к наплавке формовкой. Место, подлежащее восстановлению сваркой, предварительно нагревается кислородно-ацетиленовым или пропано-бутано-кислородным пламенем с использованием горелки типа ГС-53 с наконечниками № 6 или 7. Температура нагревания 600...650 °С. Сварку производят чугунными прутками с использованием флю­сов. Поскольку блок цилиндров является сравнительно массивной деталью, для сварки применяют горелки с наконечником № 3 или 4. Для медленного охлаж­дения восстановленного блока необходимо его закрыть теплоизоляционным чехлом.

Многие детали восстанавливаются кислородно-ацетиленовой сваркой. Так, при сколах ушков нажимного диска сцепления, захватывающих отверстия крепления рычагов, следует газовой сваркой наплавить ушко, восстановив его первоначальную форму с использованием огнеупорных литейных материалов. Сушку формовки до 60... 120 °С с последующим повышением температуры со скоростью 120... 150 град/ч и нагрев диска до 600...650 °С перед сваркой целе­сообразно производить в электрической печи. Сварка производится чугунным прутком диаметром 6 мм. После медленного охлаждения диска ушко очищает­ся по контуру и в нем просверливают отверстие номинального размера.

При появлении трещин в выпускном трубопроводе я местах, доступных для заварки, их разделывают на глубину 2,5...3,0 мм под углом 120° по всей длине, а концы трещин засверливают сверлом диаметром 3 мм. Предварительно нагревают трубопровод медленно и равномерно до 650 °С, заваривают трещину кислородно-ацетиленовым пламенем. Шов должен выступать над поверхно­стью детали на 1,0...1,5 мм. После визуального осмотра очищенного шва произ­водится гидравлическое испытание шва под давлением 0,3...0,4 МПа. Шов дол­жен быть герметичным.

С нагревом в электрической печи кислородно-ацетиленовой сваркой восстанав­ливают корпус секции масляного насоса, имеющий сколы или трещины, изно­шенную посадочную поверхность под венец маховика и другие чугунные дета­ли автомобиля.

Наряду с горячей и холодной ручной сваркой чугунных деталей применяется механизированная сварка самозащитной проволокой ПАНЧ-11. Ремонт блока цилиндров осуществляется полуавтоматической сваркой проволокой ПАНЧ-11 в любом пространственном положении. Сваривать целесообразно

постоянным током обратной полярности проволокой диаметром 1,2 мм. Режим сварки:

Сила тока, А ..............................…….100...120

Напряжение холостого хода, В ..…..21

Напряжение дуги, В ...................…...15...17

Скорость подачи электрода, м/мин...3... 1,7

Скорость сварки, см/с .................…...0,2...0,25

Вылет электрода, мм ...................…...15...18

Сварка производится без подогрева, за исключением отдельных случаев, когда целесообразно нагреть свариваемое место газовым пламенем или инфра­красным излучателем. Трещины завариваются участками 30...50 мм с охлажде­нием до 50... 60 °С (при такой температуре к сварному шву можно прикасаться рукой без ожога). После сварки шов проковывается.

Шов можно накладывать как с середины трещины в направлении к кон­цам попеременно с двух сторон, так и от концов трещины к ее середине. Пред­почтительнее второй способ, так как в этом случае прежде всего завариваются концы трещины и тем самым предотвращается их дальнейшее распро­странение. Возможен и третий, смешанный, вариант, цифры на рисунках пока­зывают очередность участков шва (сварки чугуна).