Способы восстановления деталей

Способы восстановления деталей При восстановлении деталей применяется большое количество различных способов, классификация которых показана на рис. 8.1. Рис. 8.1. Способы восстановления деталей 8. 1. Пластическое деформирование Различные виды пластического деформирования (рис. 8.2) имеют следующие достоинства и недостатки. Достоинства: • простота техпроцесса и применяемого оборудования; • высокая экономическая эффективность; • небольшая трудоемкость работ. Рис. 8. 2. Классификация способов пластического деформирования Недостатки: • ограниченная номенклатура восстанавливаемых деталей; • невозможность повторного восстановления; • снижение механической прочности деталей. Холодное пластическое деформирование производится без подогрева детали. Деформация происходит за счет внутрикристаллических сдвигов металла, что требует приложения больших усилий. При обработке изменяются физико-механические свойства материала (снижается пластичность, повышаются предел текучести, предел прочности и твердость, возникает наклеп). В качестве оборудования применяются прессы. Горячее пластическое деформирование производится с использованием общего или местного нагрева до 1100 – 1200 0С (завершение процесса при 800 – 850 0С). При обработке происходят межкристаллические сдвиги металла. Достоинства - ниже усилие деформирования, уменьшается опасность образования трещин, не происходит упрочнения. Недостаток – термообработка после восстановления утрачивается. Оборудование – молоты. Правка используется для исправления формы (рис. 8. 3, е). Направление действующей силы Рд совпадает с направлением деформирования . Осадка применяется для увеличения наружного диаметра и для уменьшения внутренних диаметров полых деталей за счет уменьшения их высоты (рис. 8. 3 а). Раздача - для увеличения размеров наружной поверхности полых деталей при сохранении их высоты (рис. 8. 3 в). Обжатие - для уменьшения размера внутренней полости за счет изменения наружного размера (рис. 8. 3 г). Рис. 8. 3. Схемы восстановления деталей пластическим деформированием Вытяжка - для увеличения длины детали за счет местного сужения ее поперечного сечения (рис. 8.3 д). Вдавливание - для увеличения наружного диаметра на небольшом участке за счет вытеснения металла из ограниченного участка ее нерабочей поверхности (рис. 8. 3 б). Накатка - для изменения диаметра за счет выдавливания металла из отдельных участков этих же поверхностей (рис. 8. 4). Обкатывание (рис. 8. 5 г, д) , раскатывание (рис. 8. 5 з), выглаживание, чеканка (рис. 8. 5 е, ж), дробеструйная обработка (рис. 8. 5 а, б), центробежное наклепывание (рис. 8. 5 в), дорнование (рис. 8. 5 и), вибрационное накатывание (рис. 8. 6) (поверхностное пластическое деформирование - ППД) применяются для улучшения физико-механических свойств и микрогеометрии поверхности. Рис. 8. 5. Схемы обработки поверхностным пластическим деформированием Рис. 8. 6. Схема обработки вибрационным накатыванием: 1 – обрабатываемая деталь, 2 – деформирующий элемент, 3 – вибрационная головка, 4 – эксцентрик, 5 – электродвигатель Электромеханическая высадка – процесс, аналогичный накатке, в котором пластическое деформирование интенсифицируется за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока (рис. 8.7). Позволяет восстанавливать детали любой твердости. После выглаживания радиусной пластиной получают требуемую точность размеров и шероховатость. Рис. 8.7. Схема электромеханической высадки: 1 – деталь; 2 – выглаживающая пластина; 3 – понижающий трансформатор; 4 – высаживающая пластина 8. 2. Сварка, пайка и наплавка Сварка – это процесс получения неразъемного соединения металлических изделий местным нагревом их до расплавленного (сварка плавлением) или пластичного (сварка давлением) состояния. Виды сварки, применяемые в авторемонтном производстве, показаны на рис. 8.8. Рис. 8. 8. Виды сварки, пайки и наплавки Сварка применяется для соединения и закрепления отломанных и дополнительных ремонтных деталей, устранения трещин и заварки отверстий. Наплавка – процесс нанесения на поверхность детали слоя металла посредством сварки плавлением. Применяется для восстановления размеров изношенных деталей, а также для повышения износостойкости поверхностей трения. Пайка – процесс получения неразъемных соединений деталей в твердом состоянии при помощи расплавленного сплава (припоя), имеющего температуру плавления ниже, чем соединяемые детали. В табл. 8. 2 приведены рекомендации по применению способов восстановления сваркой, наплавкой и пайкой. Таблица 8. 2 Промышленные способы восстановления деталей сваркой, наплавкой и пайкой Способ восстановления Область применения Характеристика детали Сварка: ручная дуговая плавящимся электродом; ручная аргонодуговая неплавящимся и плавящимся электродом; Заварка трещин, пробоин, обломов, наращивание деталей То же Из стали и чугуна Из цветных металлов, высоколегированных сталей, титана полуавтоматическая в защитных газах; механизированная (автоматическая) дуговая в защитных газах и под флюсом; контактная; трением; электрошлаковая Сварка тонколистовых металлов Заварка трещин, обломов, приварка накладок, вставок, сварка тонколистового материала Сварка протяженных швов деталей из различных материалов и различной толщины. Точечная и роликовая сварка тонколистового материала Стыковая сварка деталей из сталей Сварка ответственных деталей Приварка обломов, сварка толстостенных деталей Кабины, кожуха, стыки труб То же Рамы, колеса, корпуса Кожуха, емкости для горючего Валы, оси, тяги Валы, оси, тяги Корпусные детали Окончание табл. 8. 2 Способ восстановления Область применения Характеристика детали Наплавка и наварка слоев на рабочие поверхности: ручная дуговая; аргоннодуговая; дуговая в углекислом газе; дуговая порошковой проволокой и лентой; дуговая под флюсом; вибродуговая; плазменная; Наплавка слоев с особыми свойствами Наплавка деталей из алюминиевых сплавов и легированных сталей Наплавка стальных деталей Износостойкая наплавка больших поверхностей Наплавка деталей диаметром более 50 мм при толщине слоя более 1,0 — 1,5 мм Наплавка стальных деталей диаметром более 30 мм Износостойкая наплавка стальных деталей Зубья ковшей экскаваторов и др. Алюминиевое литье Валы, оси Бандажи колес, зубья ковшей экскаваторов Валы, оси Валы, оси Валы электроконтактная наварка компактных и порошковых материалов; электрошлаковая; индукционная; заливкой жидкого металла; диффузионная наварка в вакууме Наварка рабочих слоев толщиной до 1,0— 1,5 мм Наплавка слоев толщиной более 6 мм Наплавка тонких слоев на плоских поверхностях деталей Наплавка деталей со значительным износом (не менее 3 мм) Наварка спеченных порошковых и специальных сплавов на рабочие поверхности Валы, оси, корпуса, клапаны, головки блоков Зубья ковшей экскаваторов Плужные лемеха, диски плоскорезов Звенья гусениц тракторов Инструмент мерительный Газотермическое нанесение покрытий: плазменное напыление без оплавления; плазменное напыление с оплавлением; газопламенное напыление порошковыми материалами; электродуговая металлизация Наружные и внутренние поверхности неподвижных соединений деталей Наружные и внутренние поверхности различных деталей Наружные и внутренние поверхности То же Корпусные детали Детали типа вал Цилиндрические и профильные поверхности деталей То же Пайка: мягкими припоями; твердыми припоями; пайка-сварка Восстановление герметичности соединений Восстановление различного инструмента Восстановление деталей из чугуна Стыки трубопроводов и емкости Резцы, фрезы Корпусные детали, станины Процессы, оказывающие вредное влияние при сварке, можно разделить на металлургические, структурные изменения, внутренние напряжения и деформации. Металлургические процессы: • окисление металла, выгорание легирующих элементов (необходимо защищать зону плавления от кислорода воздуха); • насыщение азотом (защита обеспечивается электродными обмазками и флюсами или сварка в среде защитных газов); • насыщение водородом (требуется тщательная просушка электродов и флюсов); • разбрызгивание металла (используются электроды с пониженным содержанием углерода, требуется очистка деталей от окислов, введение в обмазки флюсов и раскисляющих элементов). Структурные изменения возникают в зоне термического влияния в основном материале детали, в результате чего снижаются механические свойства металла (необходимо уменьшать зону термического влияния правильным выбором режимов). Внутренние напряжения и деформации возникают из-за неравномерного нагрева и структурных изменений в зоне термического влияния (для уменьшения применяют: нагрев перед сваркой и медленное охлаждение после; специальные способы сварки и наплавки - обратноступенчатый метод, наложение продольных валиков и т.п.) Ручная газовая сварка и наплавка. Применяется для ремонта кабин и кузовов, а также для восстановления чугунных деталей и деталей из алюминиевых сплавов. Виды сварки: • ацетиленокислородная (температура нагрева 3 100 – 3 200 0С); • с использованием пропан-бутановых смесей (2 400 – 2 700 0С); • сварка бензином и бензолом (2 400 – 2 700 0С); • водород-кислородная (применяется в основном для резки). Для сварки используются газовые горелки низкого и среднего давления, оснащенные сменными наконечниками, имеющими различный расход горючего газа. Режимы сварки: мощность сварочной горелки, состав сварочного пламени, угол наклона горелки к направлению шва, направление движения горелки относительно оси шва, скорость перемещения горелки вдоль шва. Мощность сварочной горелки – пропускная способность горючего газа (л/ч): , S – толщина свариваемого металла, мм; А – экспериментально полученный коэффициент (А = 100 – 120 для углеродистой стали, А = 75 для высоколегированной стали, А = 150 для чугуна и медных сплавов, А = 100 для алюминиевых сплавов). По полученному расходу газа выбирают номер наконечника сварочной горелки. Состав сварочного пламени зависит от соотношения количества поступающего в горелку горючего газа и кислорода. Различают нормальное, науглероживающее и окислительное пламя. Нормальное пламя применяется для сварки стали при содержании углерода менее 0,5 %, для алюминиевых сплавов, для меди и бронзы. Науглероживающее – для чугуна и стали с содержанием углерода более 0,5 %, для наплавки твердых сплавов. Окислительное – для резки металлов и сварки латуни. Для защиты расплавленного металла применяют флюсы двух видов: флюсы-растворители; флюсы, вступающие в химические соединения с оксидами (кислые и основные). Достоинства ручной газовой сварки: возможность регулирования температуры нагрева; малое окисление наплавленного металла. Недостатки: высокая стоимость газов; большая зона термического влияния. Ручная электродуговая сварка и наплавка Сварка применяется для устранения трещин и изломов небольших размеров и для соединения деталей сложной формы. Наплавка – для восстановления изношенных поверхностей небольших размеров и отверстий диаметром до 25 мм. Виды сварки: • переменным током (более экономична); • постоянным током (более стабильная и устойчивая дуга, применяется прямая и обратная полярность – при обратной меньший нагрев детали). Технологический процесс сварки и наплавки включает: 1) подготовку: - для сварки - очистка, обезжиривание, разделка шва (рис. 8. 9); - для наплавки – предварительное заваривание трещин, их зачистка, заделка отверстий, не подлежащих заварке, правка деформированных деталей; 2) непосредственно сварку или наплавку; 3) обработку после сварки или наплавки. Применяются электроды с тонкими и толстыми покрытиями: • тонкие – обеспечивают стабилизацию дуги (применяются для неответственных деталей); • толстые – в составе шлакообразующие вещества, защищающие расплавленный металл от воздействия воздуха. Присадочным материалом и стержнями для электродов служит сварочная проволока марок Св-08, Св-08А, Св-08Г, Св-08ГА, Св-15Г и др. Для сварки стальных деталей рекомендуются электроды УОНИ 13/45, УОНИ 13/55. Для наплавки стальных деталей – ОЗН-250, ОЗН-300, ОЗН-350, ОЗН-400. Параметры режима сварки: • диаметр электрода (зависит от толщины свариваемых деталей); • сила сварочного тока (зависит от диаметра электрода, для наплавки ниже на 10 – 15 %); • полярность. Ручная аргонно-дуговая сварка Применяется для алюминиевых сплавов. Чаще всего используется неплавящийся электрод из вольфрама. Сварка проводится в среде инертного газа – аргона присадочным материалом (состав как у основного материала), вводимым в зону дуги. Используется постоянный ток обратной полярности. При использовании переменного тока расход вольфрамового электрода меньше, но нужен осциллятор для возбуждения и обеспечения стабильности дуги. Автоматическая сварка и наплавка под слоем флюса (рис. 8. 9). Рис. 8. 9. Схема наплавки цилиндрической детали под слоем флюса: 1 – источник тока; 2 – флюсоподающий патрубок; 3 – оболочка из жидкого флюса; 4 – электродная проволока; 5 – электрическая дуга; 6 – шлаковая корка; 7 –наплавленный металл; 8 – наплавляемая деталь Качество наплавленного металла обеспечивается: - защитой дуги и жидкого металла от влияния кислорода и азота; - медленным охлаждением (удаляются шлаковые включения); - более полным протеканием диффузионных процессов (легирование через флюс); • устранением разбрызгивания жидкого металла; • равномерным химическим составом (режим наплавки не меняется). Дефекты при наплавке (трещины и поры): • трещины – кристаллизационные (при охлаждении и кристаллизации, для их устранения применяется подогрев детали перед наплавкой, уменьшение содержания серы и углерода и введение марганца, алюминия и титана в наплавочную проволоку) и хрупкие ( возникающие под действием внутренних напряжений при быстром охлаждении, устранение подогревом перед наплавкой и медленным охлаждением после наплавки); • поры - из-за проникновения водорода и влаги, содержащихся во флюсе (устраняются прокаливанием флюса перед наплавкой). Оборудование – модернизированный токарный станок; источник тока; наплавочный аппарат (рис. 8.10). Рис. 8.10. Схема установки для автоматической наплавки под слоем флюса: 1 – замедляющий редуктор; 2 – наплавляемая деталь; 3 – бункер для флюса; 4 – наплавочный аппарат; 5 – поддон для шлаковой корки; 6 – токарный станок; 7 – аппаратный ящик; 8 – сварочный преобразователь Электродные проволоки: • для малоуглеродистых сталей – Св-08, Св-08ГС; для среднеуглеродистых и низколегированных сталей – пружинная проволока (Нп-65, Нп-80, Нп-30ХГСА и т.п.). Используется два вида флюсов – плавленые (АН-20, АН-30 и др.); керамические (АНК-18, АНК-19 и др.). Свойства флюсов. Плавленые: высокая механическая прочность; малая гигроскопичность; однородность химического состава; устойчивость горения дуги; хорошие условия формирования шва и отделения шлаков; малая стоимость. Керамические: лучшие условия легирования; можно применять малоуглеродистую проволоку вместо легированной; недостаток - неоднородность химического состава. Способы легирования при наплавке: через электродную проволоку; через флюс; через порошковую проволоку; комбинированные. Режимы наплавки: диаметр электрода; напряжение дуги; сила сварочного тока; скорость наплавки; скорость подачи проволоки; вылет электрода; шаг наплавки; смещение электрода от зенита. Достоинства данного способа наплавки: • высокая производительность; • более высокий коэффициент наплавки, чем при ручной; • экономичность по электроэнергии и электродному материалу; • равномерность наплавленного слоя и небольшие припуски на обработку; • можно получить необходимые физико-механические свойства за счет легирования; • независимость качества наплавленного металла от квалификации рабочего; • нет ультрафиолетовых излу-чений. Недостатки: • высокий нагрев детали; • диаметр наплавляемой детали не менее 40 мм; • необходимость удалять шлако-вую корку; • необходимость термообработка для повышения износостой-кости. Рис. 8.11. Схема сварки в среде углекислого газа: 1 - электрод; 2 - мундштук; 3 - струя защитного газа; 4 – дуга Механизированная сварка и наплавка в среде углекислого газа При сварке и наплавке защита зоны горения электрической дуги и расплавленного металла от кислорода и азота воздуха осуществляется струей углекислого газа. Обеспечивает высокое качество наплавленного металла с минимальным количеством пор и окислов, однако, возможно выгорание легирующих элементов (кремния и марганца). Оборудование - специальный мундштук для сварочного аппарата под слоем флюса (рис. 8.11) и специальные установки (рис. 8.12). Рис. 8.12. Схема установки для наплавки в среде углекислого газа: 1 – сварочный трансформатор; 2 – выпрямитель; 3 – дроссель; 4 – баллон с углекислым газом; 5 – подогреватель; 6 – осушитель; 7 – редуктор; 8 – сварочный полуавтомат; 9 – горелка; 10 – стол сварщика Электродная проволока: • для углеродистых сталей – Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС; • для легированных сталей – Св-18ХГСА, Нп–30ХГСА, Нп-65Г. Параметры режима сварки – диаметр электродной проволоки; сила сварочного тока; напряжение дуги; скорость наплавки; расход углекислого газа. Достоинства способа: • меньший нагрев деталей; • возможность наплавки в любом положении детали; • более высокая производительность; • возможность наплавки деталей небольшого диаметра (от 10 мм); • не требуется удалять шлаковую корку; • стоимость ниже примерно на 20 %, чем при электрошлаковой. Недостатки: • повышенное разбрызгивание металла; • требуется легированная проволока; • необходима защита сварщика от излучения дуги. Автоматическая вибродуговая наплавка Осуществляется вибрирующим электродом при помощи наплавочной головки в струе жидкости, углекислого газа или воздуха для восстановления стальных деталей. Сущность процесса заключается в периодическом замыкании и размыкании электродной проволоки и поверхности детали. Каждый цикл вибрации включает в себя следующие последовательно протекающие процессы: короткое замыкание, отрыв электрода от детали, электрический разряд, холостой ход. При этом проволока расплавляется и при отходе оставляет на детали частицу металла. В результате на поверхности детали образуется слой наплавленного металла. Рис. 8.13. Схема установки для вибродуговой наплавки: 1 – наплавляемая деталь; 2 – электродная проволока; 3 – вибрирующий мундштук; 4 – пружина; 5 – электромагнитный вибратор; 6 – кассета для проволоки; 7 – подающие ролики; 8 – канал для подвода жидкости; 9 – источник тока; 10 – насос; 11 – индуктивное сопротивление; 12 – резервуар–отстойник Применяемая электродная проволока: • для стальных деталей HRC 50 … 55 – Нп-65, Нп-80; • для твердости HRC 35 … 40 – Нп-30ХГСА; • для твердости HВ 180 … 240 – Св-08. Параметры режима наплавки: полярность, напряжение, сила сварочного тока, скорость подачи проволоки, скорость наплавки, шаг наплавки, амплитуда вибрации, вылет электрода. Достоинства способа: • возможность восстановления деталей малого диаметра; • высокая производительность для тонких слоев; • не требуется термическая обработка; • финишная обработка производится шлифованием без предварительного точения; • небольшой нагрев деталей. Недостатки: • снижение усталостной прочности; • необходимы сварочные проволоки с большим содержанием углерода (при наплавке на воздухе и в жидкости). Плазменно-дуговая наплавка Основана на использовании тепловой энергии плазменной дуги. Плазма – это ионизированный газ, представляющий собой электрически нейтральную смесь положи-тельно заряженных, отрица-тельно заряженных и нейтраль-ных частиц. Плазма характери-зуется высокой электрической проводимостью и большой теплопроводностью. Вслед-ствие высокой электропроводности образует вокруг себя магнитное поле. В качестве плазмооб-разующих газов применяются: аргон, азот, гелий, водород и их смеси. При использовании аргона температура составляет 15 000 – 26 000 0С, скорость истечения струи – 1 000 – 1 300 м/с. Типы плазмотронов – с дугой прямого действия и с дугой косвенного действия. Качество наплавленного металла обеспечивается: - защитой дуги и жидкого металла от влияния кислорода и азота; - медленным охлаждением (удаляются шлаковые включения). Плазмотроны бывают двух типов. С дугой прямого действия (рис. 8.15, а) применяются для сварки и резки металлов. С дугой косвенного действия (рис. 8.15, б) – для наплавки, закалки и напыления. Присадочный материал вводится в сварочную ванну в виде порошка или проволоки. Порошок может подаваться также в плазменную струю. Параметры режима – сила тока, напряжение дуги. Преимущества данного способа: • зона термического влияния меньше, чем при газовой сварке; • расход аргона в 5 – 6 раз меньше, чем при аргонно-дуговой сварке; • можно наплавлять различные по свойствам материалы (в т.ч. тугоплавкие); • нет ограничений по форме и размерам наплавляемых деталей; • вокруг зоны наплавки можно создать любую среду (нейтральную, окислительную, восстанови-тельную); • тепловой режим легко регулируется в любых пределах. Индукционная наплавка ТВЧ. На восстанавливаемую поверхность наносят шихту (паста или брикеты), которая затем расплавляется в индукторе ТВЧ (рис. 8.16). Применяется для восстановления следующих деталей: пята толкателя клапана, сферическая поверхность коромысла клапана, рабочая фаска клапана, кулачки распределительного вала и др. Электроконтактная сварка и наплавка Разновидности электроконтактной сварки – стыковая, точечная, шовная (роликовая). Стыковая сварка. Производится путем местного нагрева соединяемых кромок за счет тока, проходящего через место контакта и одновременного пластического деформирования разогретых кромок деталей (рис. 8.17, а). Рис. 8.17. Схемы электроконтактной сварки Применяется для восстановления карданных валов, полуосей и других деталей путем замены части детали. Оборудование – специальные машины, состоящие из зажимного устройства, осаживающего механизма и сварочного трансформатора. Достоинство: возможность соединения деталей из разных металлов и сплавов. Точечная сварка. Соединяемые детали зажимают между двумя электродами (медными или бронзовыми) и через место контакта пропускают ток большой силы (рис. 8.17, б). Применяется при ремонте деталей из листовых материалов. Роликовая сварка. Аналогична точечной, но электроды имеют форму дисков, а свариваемые детали перемещаются между ними, применяется, когда необходим герметичный шов (рис. 8.17, в). Электроконтактная наплавка Поверхности детали восстанавливаются путем навивки и контактной приварки проволоки или металлической ленты за счет импульсов тока большой силы. При наплавке происходит деформация проволоки с помощью роликов. Достоинства: • высокая производительность; • малые потери наплавляемого материала; • незначительное снижение усталостной прочности; • хорошие условия работы операторов. Рис. 8.18. Схема электроконтактной наплавки: а – схема установки; б – схема перекрытия импульсов тока; 1 – трансформатор; 2 – электрод; 3 – лента; 4 – деталь Особенности сварки чугунных деталей Применяется два способа сварки – с подогревом и без подогрева. Особенности, присущие сварке чугуна: • возможность отбеливания шва; • возникновение значительных внутренних напряжений; • образование пор и раковин. Сварка с подогревом («горячая») включает механическую подготовку детали к сварке (разделка и зачистка шва), нагрев до 550 - 600 0С, далее сварку ацетиленокислородным пламенем. Присадочный материал – литые стержни из чугуна с повышенным содержанием кремния. Необходим флюс (50 % смесь буры и двууглекислого натрия). После сварки медленное охлаждение в термостатах. Обеспечивает высокое качество сварки, однако сложно реализовать в технологическом отношении. Сварка без подогрева («холодная») имеет разновидности – ручная и полуавтоматическая стальными электродами, а также электродами из цветных металлов и сплавов. Сварка стальными электродами наиболее проста и экономична. Недостаток - науглероживание и закалка шва. Применяют электроды марки ЦЧ-4, изготовленные из сварочной проволоки Св-08 с толстым покрытием, содержащим титан. Сварка электродами из цветных металлов обеспечивает хорошую прочность, но менее экономична. Применяемые электроды: медные ОЗЧ-2 с покрытием, содержащим железный порошок; медно - никелиевые МНЧ-2 с покрытием типа УОНИ-55; железоникелевые – ОЗЖН-1. При сварке ковкого чугуна наблюдается наибольшая склонность к отбеливанию. Применяется пайка-сварка при температуре менее 950 0С. Используют латунные электроды марок ЛОМНА-54-10-4-0, ЛОК-59-1-03, Л-62. Нагрев осуществляют ацетиленокислородным пламенем. Необходим флюс марки ФПСН-2, содержащий борную кислоту, углекислый литий и углекислый натрий. Особенности сварки деталей из алюминиевых сплавов Отличительные признаки процессов, протекающих при сварке: • интенсивное окисление алюминиевых сплавов с образованием тугоплавких окислов, которые остаются в наплавленном металле из-за большого удельного веса; • образование пор и раковин из-за способности алюминиевых сплавов активно растворять водород в расплавленном состоянии; • значительные внутренние напряжения из-за усадки в процессе охлаждения и высокого коэффициента линейного расширения. Применяются следующие виды сварки – ацетиленокислородная, аргонно-дуговая, электродуговая. Присадочный материал – прутки из сплава алюминия с содержанием кремния 5 – 6 %. Ацетиленокислородная сварка осуществляется строго нейтральным пламенем с использованием флюса АФ-4А, содержащего хлористый натрий, хлористый калий и фтористый натрий. Флюс образует с окислами легкоплавкие растворы с небольшим удельным весом, которые всплывают на поверхность сварочной ванны в виде шлака. Требуется медленное охлаждение после сварки и промывка горячей водой от остатков флюса. Аргонно-дуговая сварка осуществляется вольфрамовым электродом в среде аргона, без флюса. Присадочный материал вводят в дугу, как при газовой сварке. Данный вид сварки обеспечивает более высокую производительность и более высокое качество соединений. Электродуговая сварка производится постоянным током с обратной полярностью электродами ОЗА-2, изготовленными из сварочной проволоки СВ-АК5 или СВ-АК10. На электродную проволоку наносится покрытие, состоящее из флюса АФ-4А, криолита, хлористого калия и губчатого титана. Данное покрытие гигроскопично, поэтому требует сушки непосредственно перед сваркой. 8. 3. Напыление Сущность процесса напыления состоит в нанесении предварительно расплавленного металла на специально подготовленную поверхность детали струёй газа или сжатого воздуха. Частицы металла в расплавленном состоянии с большой скоростью ударяются о поверхность, при этом они деформируются, внедряясь в ее поры и неровности, образуют покрытие. Соединение частиц металла с поверхностью носит в основном механический характер и в отдельных точках происходит сваривание. Достоинства способа: • высокая производительность; • небольшой нагрев детали (120 – 180 0С); • высокая износостойкость покрытия; • относительная простота техпроцесса и применяемого оборудования; • возможность нанесения покрытий любой толщины из любых материалов. Недостатки: • низкая механическая прочность покрытия; • низкая прочность сцепления с основой. Способы напыления: газопламенное; электродуговое; высокочастотное (ТВЧ); детонационное; плазменное; ионно-плазменное. Физико-механические свойства покрытия Структура металла отличается от исходного материала. В ней присутствуют окислы в виде отдельных включений и сплошных прослоек; имеются поры и шлаковые включения; граница соединения покрытия с основным материалом четко очерчена; металл покрытия не диффундирует в основной металл детали. Твердость покрытия выше твердости исходного металла, так как частицы вследствие быстрого охлаждения закаливаются и получают наклеп при ударе о поверхность детали. Износостойкость покрытия в условиях сухого трения низкая, так как происходит не истирание материала, а его разрушение по границам зерен. При трении со смазкой обладают высокой износостойкостью благодаря повышенной твердости и пористости покрытия. Механическая прочность покрытия незначительна, поэтому не допускаются местные динамические нагрузки. Разрушение покрытия происходит только в результате деформаций, превышающих предел упругости основного материала. Прочность сцепления покрытий с основой зависит от качества подготовки поверхности, от свойств металлов, температуры напыляемой поверхности и режима напыления. Газопламенное напыление Осуществляется ацетиленокислородным пламенем (рис. 8.19). Напыляемые материалы – проволока и металлические порошки. Распыление происходит струей сжатого воздуха. Преимущества: • малое окисление материала; • мелкое распыление материала; • хорошая сцепляемость покрытий с основой. Недостаток: малая производительность процесса (2 – 3 кг/ч). Электродуговое напыление Плавление металла осуществляется электрической дугой, горящей между двумя проволоками. Распыление происходит струей сжатого воздуха (рис. 8. 20). Преимущество способа: высокая производительность. Недостатки: • повышенное окисление металла; • выгорание легирующих элементов; • пониженная плотность покрытия. Высокочастотное напыление (рис. 8. 21). Данный способ основан ан использовании принципа индукционного нагрева при плавлении исходного материала. Распыление производится струёй сжатого воздуха. Концентратор тока обеспечивает плавление проволоки на небольшом участке. Достоинства: - небольшое окисление материала; - высокая механическая прочность покрытия. Недостатки: • невысокая производительность; • сложность и высокая стоимость оборудования. Детонационное напыление Расплавление материала и перенос его на поверхность детали происходят за счет энергии взрыва смеси ацетилена и кислорода, подаваемых во взрывную камеру в определенном соотношении. В камеру с помощью струи азота вводится напыляемый порошок и газовая смесь поджигается свечой. Взрывная волна сообщает частицам большую скорость. При ударе о деталь кинетическая энергия переходит в тепловую. Порошок разогревается до 4 0000С. После нанесения каждой дозы ствол аппарата продувается для удаления продуктов горения. Достоинства: • большая производительность; • высокая прочность сцепления покрытия; • небольшая температура на поверхности детали. Недостаток: высокий уровень шума. Детонационные покрытия обеспечивают повышение эксплуатационных свойств и ресурса работы узлов, машин и механизмов, восстанавливают изношенные детали (до 1 мм на сторону). Метод детонационного нанесения покрытий основан на высокоскоростном ударном взаимодействии нагретых до высоких температур частиц порошка напыленного материала с подложкой. Процесс напыления осуществляется циклически (4-10 циклов/с.). Из ствола детонационной пушки происходит истечение с большой скоростью высокотемпературного газового потока продуктов детонации, вызывающего нагрев и ускорение частиц порошка напыляемого материала. Материалы покрытий: металлы и их оксиды, карбиды, бориды, нитриды; твердые сплавы; композитные порошки. Напыляемые детали: основа ........................металлы, сплавы, керамика; диаметр, мм ................................................10 - 300; длина, мм .......................................................3000; масса, кг ......................................................до 300. Характеристика покрытий: прочность сцепления, МПа ........................до 200; пористость, %..............................................0,5 - 2,0; рабочая толщина, мм ..................................до 2,0. В состав оборудования входят пушка детонационная, защитная звукоизолированная камера, манипулятор для перемещения деталей, стойка управления. Плазменное напыление Для расплавления и переноса металла используются тепловые и динамические свойства плазменной струи. При напылении в качестве плазмообразующего газа используется азот с температурой плазмы 10 000…15 000˚0С, имеющий высокое теплосодержание. Напыляемый материал – проволока или порошок. Достоинства: • высокая производительность (до 12 кг/ч); • высокая прочность сцепления; • возможность нанесения покрытий из любых материалов и сплавов; • малое окисление напыляемого материала. Ионно-плазменное напыление Осуществляется в вакууме, где напыляемый металл за счет тепла электрической дуги переводится в плазменное состояние. Положительно заряженные частицы металлической плазмы с большой скоростью перемещаются в электрическом поле к поверхности детали (катоды) и образуют покрытие. В вакуум-ную камеру вводится реакционный газ (азот или углеводород), за счет взаимодействия с ним частиц металлической плазмы улучшаются свойства покрытия. Виды ионно-плазменного покрытия: 1) способ термического испарения (газофазный способ); 2) катодного или ионно-плазменного распыления, путем бомбардировки поверхности ионами осаж-даемого вещества (метод КИБ – конденсация с ионной бомбардировкой), схема которого показана на рис. 8. 23. В зависимости от состава реакционного газа покрытие будет состоять из нитридных или карбидных соединений. Материалы покрытий: • карбид титана TiC; • нитрид титана TiN; • оксид алюминия Al2O3. Газофазный способ Для нанесения покрытий используют специальные установки, в которых в вакууме при высокой температуре (до 1 000˚С) на поверхность детали осаждается из газовой среды карбид титана. Позволяет наносить износостойкие покрытия толщиной 3 - 10 мкм. Применяется для деталей, материалы которых не теряют свойств при высоких температурах (в ремонте встречается мало, чаще для инструментальных материалов). Конденсация с ионной бомбардировкой. Основан на нанесении тонких пленок карбидов, нитридов и окислов металлов в вакууме. Под действием напряжения между анодом (деталь) и катодом (металл-испаритель) металл с катода испаряется, образуя ионное поле. Деталь нагревается до температур 300…600˚С. При прокачке через вакуумную камеру азота или другого газа ионы испарившегося металла образуют нитриды, карбиды или окислы, которые осаждаются на поверхность детали, создавая тонкую пленку 2…12 мкм. Позволяет, используя испарители из различных металлов, создавать различные слои, в т. ч. многослойные покрытия. Существуют установки типа «Булат», «Пуск», «Юнион», «Мир» и др. Качество покрытия зависит от качества подготовки поверхности под покрытие, от чистоты используемых исходных материалов (газов, испарителей), от точности регулировки температуры процесса. Требует сложной подготовки поверхностей перед нанесением покрытия (промывки, очистки, обезжиривания в несколько этапов). Применяется в качестве финишного метода обработки для нанесения износостойких покрытий на ответственных деталях, а также для восстановления деталей с небольшим износом. Напыляемые материалы При ремонте деталей напылением применяют проволоку или порошковые сплавы. Проволока применяется при газопламенном, электродуговом и высокочастотном методах напыления. Порошковые сплавы – при плазменном и детонационном напылении. Среднеуглеродистая стальная проволока применяется для деталей, работающих в условиях неподвижных посадок (содержание углерода 0,3 - 0,8 %). Стальная проволока с повышенным содержанием углерода – для нанесения износостойких покрытий. Порошковые сплавы изготавливают: • на основе никеля; • на основе железа; • из композиционных смесей. Сплавы на основе никеля. ПГ-ХН80СР2; ПГ-ХН80СР3; ПГ-ХН80СР4 и др. Свойства сплавов: • низкая температура плавления 950 - 1 050˚С; • твердость HRCэ= 37 - 61; • жидкотекучесть (зависит от содержания бора); • свойство самофлюсования (благодаря содержанию кремния); • высокая износостойкость. Недостаток данных сплавов: высокая стоимость. Сплавы на основе железа с высоким содержанием углерода: ПГ-У30Х28Н4С4, сормайт (ПГ-С1) и др. Свойства сплавов: • высокая твердость HRCэ= 57 - 64; • более тугоплавкие (t = 1 250 – 1 300˚С); • не обладают свойствами самофлюсования; • недефицитны; • дешевле сплавов на основе никеля (в 2 раза). Стальные порошки типа ПЖ-5М (с добавкой 1–2 % порошка алюминия или 4–5 % медного порошка или 2–3 % никелевого порошка). Используются для восстановления поверхностей под подшипники скольжения в чугунных корпусных деталях. Технология нанесения покрытий Техпроцесс включает следующие этапы: • подготовку детали к напылению; • нанесение покрытия; • обработку после напыления. Подготовка служит для обеспечения прочного сцепления покрытия с поверхностью. Включает в себя:  обезжиривание и очистку детали от загрязнений;  механическую обработку и создание определенной шероховатости, для чего применяют дробеструйную обработку или накатывание зубчатым роликом. Нанесение покрытия производится на переоборудованных токарных станках или в специальных камерах, оснащенных механизмами перемещения детали и установки для напыления. Пост напыления оборудуется вытяжной вентиляцией. Обработка после напыления:  деталь медленно охлаждают до температуры окружающей среды;  окончательная обработка в зависимости от требуемой точности и шероховатости – резанием лезвийными или абразивными инструментами. Плазменное напыление с оплавлением покрытия Оплавление применяется для улучшения свойств покрытий, полученных плазменным напылением. При этом плавится только наиболее легкоплавкая составляющая покрытия. Металл детали только подогревается и остается в твердом состоянии. Оплавление производится: • ацетилено - кислородным пламенем; • плазменной струей; • ТВЧ; • в нагревательных печах. Лучшие результаты получаются при ТВЧ, т.к. локальный нагрев не нарушает термообработки всей детали. Для оплавления пригодны порошковые сплавы на основе никеля, содержащие флюсующие элементы. Свойства покрытий после оплавления: • равномерная структура, состоящая из твердого раствора микротвердостью Нм=2,6 - 2,9 ГПа и твердых кристаллов (боридов и карбидов) с микротвердостью Нм=10 - 12 ГПа; • макротвердость в зависимости от содержания бора HRCэ= 37 - 61; • износостойкость повышается и может превышать в 2 - 10 раз износостойкость закаленной стали 45; • прочность сцепления покрытий с поверхностью детали повышается в 8 - 10 раз (400 - 450 МПа); • усталостная прочность повышается на 20 – 25 %. 8. 4. Гальванические покрытия Гальванические покрытия применяются для компенсации износа рабочих поверхностей детали, а также при нанесении на деталь антикоррозионных и защитно-декоративных покрытий. Наиболее широко применяются хромирование, осталивание (железнение), никелирование, цианирование, меднение. Сущность процесса гальванического осаждения металла на деталь Гальванические покрытия получают из электролитов, при прохождении через них постоянного тока. Катодом является восстанавливаемая деталь, анодом – металлическая пластина. Типы анодов:  растворимые (изготавливают из металла, который осаждается на деталь);  нерастворимые (из свинца). При пропускании тока положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются к катоду, где получают недостающие электроны и превращаются в нейтральные атомы металла, которые образуют покрытия на катоде. Отрицательно заряженные ионы (анионы) притягиваются к аноду (+), теряют свой электрический заряд и превращаются в нейтральные атомы. На катоде выделяются металл и водород, на аноде – кислород и кислотные остатки. Масса металла, откладывающаяся на катоде, определяется по закону Фарадея , где С  электрохимический эквивалент, г/А∙ч; I  сила тока, А; T  время электролиза, ч. При электролизе возникают потери тока на образование других заряженных частиц (металла и др.), которые учитываются коэффициентом выхода по току , где η  выход по току, %; Q1  масса детали без покрытия; Q2  масса детали после нанесения покрытия. Для определения режимов техпроцесса необходимо рассчитывать время процесса электролиза , где Дк  катодная плотность тока, А/дм2; h  толщина покрытия, мм; γ  плотность металла покрытия, г/см2; С  электрохмический эквивалент г/(А∙ч); η  выход по току, %; Таблица 8. 3 Пример технологических режимов Металл покрытия γ, г/см2 С, г/(А∙ч) η, % hmax, мм Микротвердость Нμ, МПа Хром Железо 6,9…7,1 7,7…7,8 0,324 1,042 11…32 85…95 0,3 1,0…1,5 8000…12000 4000…7000 Толщина гальванических покрытий получается неравномерной. Причина заключается в неравномерной рассеивающей способности электролитов. Рассеивающая способность электролита зависит от степени равномерности распределения силовых линий электрического поля, идущих от анода к катоду, которые концентрируются на краях катода и его выступающих частях, где образуется большая плотность тока, и следовательно, большая толщина покрытия (рис. 8. 24, 8. 25). Пути повышения равномерности покрытия следующие: • введение в электролит специальных добавок (спирт, декстрин); • изменение режима электролиза (уменьшение плотности тока); • наличие фигурных анодов; • применение дополнительных катодов  экранов; • изменение расстояния между деталью и анодом (чтобы форма соответствовала форме детали). Кроющая способность электролита – это способность покрывать имеющиеся на детали углубления. Она определяется концентрацией электролита, с увеличением которой кроющая способность улучшается. Технологический процесс нанесения покрытия Включает в себя 3 этапа: подготовку детали; нанесение покрытия; обработку после нанесения покрытия. Подготовка деталей к нанесению покрытия включает следующие операции. Механическую обработку, для придания восстанавливаемым поверхностям правильной геометрической формы и требуемой шероховатости (применяется шлифование, полирование и пескоструйная обработка). Установку в подвесном приспособлении. Требования к подвесным приспособлениям: а) надежный электрический контакт с токопроводящей штангой; б) быстрота установки и надежность крепления; в) обеспечение равномерного распределения силовых линий на деталях; г) обеспечение свободного подвода электролита к восстанавливаемым поверхностям. Обезжиривание: а) предварительная промывка в растворителях (уайт-спирит, дихлорэтан, бензин); б) окончательноэлектрохимической обработкой в щелочных растворах (едкий натр, кальцинированная сода; эмульгатор), температура 70 – 80 0С, плотность тока 5 - 10 А/дм2, длительность 1 - 2 мин, при электролизе выделяется водород, который срывает жировую пленку (для предотвращения наводораживания в конце процесса изменяют полярность на обратную в течение 0,2…0,3 мин). Детали простой формы обезжиривают протиркой кашицей венской извести (смесь оксида кальция, оксида магния с добавкой 3 % концентрированной соды и 1,5 % едкого натра - наносят на деталь волосяными кистями). После обезжиривания детали промывают в горячей, а затем в холодной воде. Изолирование поверхностей деталей, не подлежащих покрытию (применяют кислотные токонепроводящие лаки и материалы: полихлорвиниловый пластик, раствор целлулоидной пленки в ацетоне и др.). Очистку от оксидных пленок: 1) обработка шкуркой или мягким кругом с полировочной пастой; 2) декапирование (анодная обработка в основной ванне непосредственно перед нанесением покрытия - выдерживают в ванне для прогрева без тока, затем обрабатывают на аноде в течение 30 - 45 с. при анодной плотности тока 25 - 35 А/дм2 - после этого переключают на катод и наносят покрытие). Обработка деталей после нанесения покрытий включают в себя следующие операции: • нейтрализацию деталей от окислов электролита (промывка в дистиллированной воде, потом в проточной воде, далее в 3…5 % растворе кальцинированной соды, окончательная промывка в теплой воде, сушка в сушильном шкафу); • промывку в холодной и горячей воде; • демонтаж детали с подвесного приспособления; • удаление изоляции; • термообработку (при необходимости снятия внутренних напряжений); • механическую обработку до требуемого размера. Хромирование Применяется для ремонта изношенных поверхностей или восстановления декоративных покрытий деталей. Достоинства: • высокая твердость покрытия (в 1,5 - 2,0 раза выше, чем при ТВЧ); • высокая износостойкость (в 3 - 5 раз выше, чем закаленная сталь); • низкий коэффициент трения (на 50 % ниже, чем у стали и чугуна); • высокая коррозионная стойкость; • высокая прочность сцепления с поверхностью детали. Недостатки: • низкий выход металла по току; • небольшая скорость отложения осадков; • высокая агрессивность электролита; • большое количество ядовитых выделений; • толщина покрытия не более 0,3 мм; • плохое удержание масла гладким хромом. Виды электролитов: сернокислые, саморегулирующиеся, тетрахромные. Сернокислый (универсальный) электролит: CrO3  250 г/л; H2SO4  2,5 г/л; Cr2O3  3 - 5 г/л; Fe менее 5 г/л. Режимы хромирования: температура 45 – 60 0С; плотность тока 30 - 60 А/дм2 - требуется выдерживать температуру электролита, ее изменение влияет на микротвердость) Необходимо контролировать состав электролита при работе, т.к. при содержании Fe и Cr2O3 более 15 % отложения хрома не будет. Применяются нерастворимые аноды из свинца (для обеспечения необходимого количества трехвалентного хрома Cr2O3, что обеспечивается путем проработки электролита под током при площади анодов, в 2 - 3 раза превышающей площадь катодов) Саморегулирующийся электролит. Водный раствор хромового ангидрида (CrO3) с добавками (К2SiF6) и сернокислого стронция (SrSO4). Соли вводят в массе, превышающей возможность их растворения в воде, (не растворившийся осадок обеспечивает постоянство концентрации солей и саморегулирование электролита). Достоинства: • допускает применение более высоких плотностей тока; • скорость осаждения хрома выше, чем у сернокислого электролита; • хорошая рассеивающая способность; • малая чувствительность к загрязнению железом и другими металлами. Недостатки: • агрессивность и ядовитость; • больше разрушаются детали подвесных приспособлений; • требуется тщательная изоляция непокрываемых поверхностей. Тетрахромный электролит - состав: C2O3  350 - 400 г/л  хромовый ангидрид; серная кислота H2SO4  2 - 2,5 г/л; едкий натр N2OH  40 - 60 г/л; сахар  1 - 3 г/л (тетрахромный потому, что при введении едкого натрия образуется тетрахромный натрий Na2O∙4С2О3). Обеспечивает мягкие покрытия - без пор, серого оттенка. Используется для защитно - декоративных покрытий. Электролит слабо агрессивен. Для нормальной работы необходима низкая температура ванны – 17 – 23 0С, поэтому требуется охлаждение. Имеет высокий коэффициент выхода по току и хорошую рассеивающую способность. Виды образуемых при хромировании покрытий: • серый (матовый); • блестящий; • молочный (белый) (в зависимости от плотности тока и температуры электролита). Процесс пористого хромирования заключается в расстравливании на поверхности трещин с целью повысить маслоудерживающую способность покрытий. Его производят путем подключения детали к положительному катоду при средней плотности тока 30 – 40 А/дм2 . Виды пористости – канальчатый (рис. 8. 26, а) и точечный (рис. 8. 26, б). Канальчатый полу-чается при анодном растравливании молочно-блестящих покрытий. Точечный  из матово-блестящих покрытий. Достоинство точечных пористых покрытий - более лучшая приработка поверхностей, но ниже износостойкость. Ванны для хромирования изготавливают из листовой стали (4 - 5 мм) и состоят из двух баков, установленных один в другой, между стенками заливают воду, которую разогревают паром или ТЭНами для обеспечения требуемой температуры электролита. Внутренний бак для предохранения от разрушения изнутри облицовывается теплопроводным кислостойким материалом. Железнение (осталивание) Железнение – это процесс получения твердых износостойких железных покрытий из горячих хлористых электролитов. Состав электролита: • хлористое железо (FeCl2∙4H2O) – 300 - 350 г/л; • соляная кислота HCl – 1 - 3 г/л. В качестве растворимых анодов применяются стержни и пластины из малоуглеродистой стали Ст. 08, Ст. 10. Для предотвращения загрязнения электролита при растворении анода и улавливания шлака их помещают в чехлы из стеклоткани. Образующиеся покрытия имеют мелкозернистую структуру и высокую твердость, которая выше чем у литых или прокатных железо - углеродистых сплавов. Крупнозернистые покрытия имеют твердость 2000 - 3000 МПа; мелкозернистые –3000 - 6500 МПа. Твердые покрытия имеют большое число мелких трещин. Износостойкость покрытий близка к износостойкости закаленных сталей. Достоинства процесса: • высокий выход металла по току – 85 - 90 % (в 5 - 6 раз выше, чем при хромировании); • большая скорость нанесения покрытия с большой твердостью; • простой и дешевый электролит; • высокая прочность сцепления покрытий. Недостатки: • снижается усталостная прочность деталей; • шероховатость (бугорчатость) поверхности покрытия из-за наличия на поверхности покрытия посторонних частиц и наличия острых кромок и углов деталей. Ванны изготавливают из стальных листов, покрытых кислотостойким материалом, в качестве которого применяют: • антигмитовые плитки (графит, пропитанный фенол-формальдегидной смолой); • эмалирование; • керамические покрытия; • ванны без покрытия из титана. Нестационарные электрические режимы при осталивании (рис. 8. 27). В электрических схемах установок применяют переменный ток, обеспечивая подачу в течение одного периода катодного и анодного тока с регулируемой величиной. Рис. 8. 27. Электрические схемы установок для нестационарного электролитического осталивания: а – асимметричным током; б – пульсирующим током; РН – регулятор напряжения; СТ – сетевой трансформатор; В – вентиль; Ак, Аа, Аэ – амперметры; RА – реостат анодной составляющей тока; К – катод (деталь); А – анод; Т – тиристор Импульсы анодного тока разрушают прикатодную пленку, содержащую вредные включения и имеющую положительную концентрацию ионов двухвалентного железа. В этом случае уменьшается количество инородных включений в покрытии и улучшается его качество. Повышается равномерность покрытия, т.к. анодная составляющая тока при растворении металла покрытия снимает его прежде всего с выступающих частей. Вневанное (проточное) осталивание применяется для восстановления изношенных поверхностей в крупногабаритных деталях. В этом случае электролит прокачивается насосом в электролизную ячейку образованную восста-навливаемой поверхностью и уплотнителями. Внутри восста-навливаемой поверхности уста-навливается анодный стержень (рис. 8. 28). Достоинства способа: • расширение номенклатуры восстанавливаемых деталей; - увеличение производи-тельности в 10 - 15 раз за счет снижения поляризации элек-тродов и применения больших плотностей токов; • улучшение качества из-за снижения количества посто-ронних включений в элек-тролите. Электролитическое и химическое никелирование Используется для восстановления взамен хромирования, особенно для деталей, работающих в коррозионной среде. Электрохимическое никелирование применяется для создания износостойких покрытий, содержащих 2 - 3% фосфора. Электролит - водный раствор сернокислого никеля, хромистого никеля и фосфорной кислоты. Аноды применяются никелевые, растворимые Режимы: плотность тока 5 - 40 Н/дм2; температура электролита 75 – 950С. Твердость покрытия 3 500 – 7 200 МПа. Достоинства: • высокий выход металла по току (90 – 95 %); • меньший расход электроэнергии; • более высокая скорость нанесения покрытий, чем при хромировании. Износостойкость покрытий ниже, чем после хромирования. Химическое никелирование Процесс получения никель - фосфорных покрытий из растворов солей контактным способом без приложения электрического тока. Состав раствора - сернокислый никель, фосфат натрия, уксусно-кислый натрий. Покрытие наносят в эмалированной стальной ванне при температуре 90 – 980С. Применяется для восстановления деталей с небольшим износом (до 25 - 30 мкм). Недостатки данного способа: • низкая скорость отложения покрытий; • раствор используется один раз; • твердость 3 500 – 4 000 МПа, для повышения твердости необходима термообработка. Электролитическое натирание Применяют при вос-становлении цилиндрических поверхностей, имеющих небольшой износ. Деталь (катод) устанавливают на станке (рис. 8. 29) и сообщают ей вращение. Анод - графитовый стержень, покрытый адсорбирующим материалом (сукно, х/б ткань, стеклово-локно), на который непрерывно подается электролит. Способ позволяет наносить покрытия из хрома, меди, железа и других металлов 8. 5. Нанесение защитно-декоративных покрытий Основные методы нанесения защитно-декоративных на авторемонтных предприятиях – это цинкование, оксидирование, фосфатирование и меднение. Цинкование применяется для защиты деталей от коррозии. Электролит: • серно-кислый цинк (ZnSO4∙7H2O) – 215 кг/м3; • серно-кислый алюминий (Al2SO4∙18H2O) – 30 кг/м3; • серно-кислый натрий (NaSO4∙H2O) – 50 кг/м3; • декстрин (С6Н10О15) – 10 кг/м3. Плотность тока 1 - 2 А/дм2. Аноды – растворимые из цинка. Защитные свойства создаваемых покрытий улучшают осветлением (травление в растворе хромового ангидрида) или пассивированием (раствор двухромово-кислого натрия, серно-кислого натрия и азотной кислоты, время выдержки 5 - 10 с). Оксидирование – применяют для защиты от коррозии (химический процесс). Сущность процесса состоит в образовании на поверхности детали прочных оксидных пленок Fe3O4 путем обработки в растворе следующего состава: • едкий натр (NaOH) – 700 – 900 кг/м3; • азотно-кислый натрий (NaNO3) – 200 – 250 кг/м3; • азотисто-кислый натрий (NaNO2) – 50 – 70 кг/м3. Толщина образующейся оксидной пленки черного или темно-коричневого цвета составляет 0,6 - 1,5 мкм. Для повышения защитных свойств производят обработку в горячем масле при 110 – 1200С, при этом происходит выпаривание из пор воды и заполнение их маслом. Фосфатирование – химический процесс создания на поверхности стальных деталей пленок, состоящих из солей фосфора, марганца и железа. Применяется для улучшения прирабатываемости или в качестве грунта под краску. Состав раствора: • соль «мажеф» [n Fe(H2PO4)2) · m Mn(H2PO4)2] – 30 – 45 кг/м3; • азотно-кислый цинк Zn(NO3)2 – 40 кг/м3; • азотно-кислый натрий NaNO3 – 2 – 3 кг/м3. Температура раствора 15 - 20˚С. Время обработки 15 - 20 минут. Толщина покрытия 7 - 40 мкм. Меднение – электролитическое нанесение слоя меди. Применяется для создания подслоя при защитно-декоративном никелировании и хромировании, а также для защиты поверхностей деталей от цементации. Электролит сернокислый: медный купорос и серная кислота. Аноды – растворимые, медные. Плотность тока 1-3 А/дм2. Температура 18 – 200С. 8. 6. Применение синтетических материалов для восстановления деталей Для восстановления деталей и узлов применяются пластмассы и клеевые составы. Данный способ относительно прост и надежен и позволяет устранять дефекты на любых деталях, в том числе и в труднодоступных местах. В отдельных случаях позволяет заменить сварку, пайку, постановку заклепок, а иногда является единственно возможным способом восстановления. По техническим свойствам применяемые полимерные материалы делятся на два вида: реактопласты и термопласты. Реактопласты (термореактивные пластмассы). При нормальной температуре находятся в жидком или в твердом состоянии, при нагреве до определенной температуры (или за счет химических реакций) переходят в вязкотекучее состояние и при дальнейшем нагреве затвердевают и остаются в таком состоянии независимо от температуры. Данный процесс необратим, перевести реактопласт в пластическое состояние невозможно. Термопласты (термопластические пластмассы). При нормальной температуре находятся в твердом состоянии, а при нагреве размягчаются, и им можно придать любую форму. При повторном нагреве восстанавливают свои пластические свойства. При ремонте автомобилей чаще всего применяются полиэтилены, полипропилены, полистиролы, винипласты, фторопласты и др. Полимеры используют в чистом виде или в виде композиций. В состав композиции входят: • полимеры (смолы); • наполнители; • пластификаторы; • отвердители; • красители; • стабилизаторы; • твердые смазки и другие компоненты. Эпоксидные смолы получили наибольшее распространение. Они содержат в своем составе: 1) связующие:  эпоксидные смолы ЭД-16, ЭД-20, ЭД-40, ДЭГ-1, ЭДП, ЭДЛ;  модифицированные эпоксидные смолы (эпоксидные компаунды) К-115, К-153, К-168; 2) наполнители, которые применяют для повышения теплопроводности, уменьшения осадки, снижения коэффициента линейного расширения, повышения твердости, увеличения механической прочности; 3) пластификаторы – для уменьшения хрупкости пластмасс и придания пластичности и эластичности изделиям; применяются дибутилфторат (ДБФ), трикрезилфосфат, полиэфир №2 и др.; 4) отвердители – для перевода смолы в неплавкое, нерастворимое состояние, применяются аминные отвердители (полиэтилентриамин, гексаметилендиамин, полиэфир и др.); 5) красители – для окраски компонентов; применяются охра, ультрамарин, анилиновые красители; 6) стабилизаторы – компоненты, замедляющие процессы изменения свойств пластмасс, как в процессе производства, так и при эксплуатации. 8. 7. Технология ремонта деталей с использованием пластмасс Виды дефектов, устраняемых с применением синтетических материалов, подразделяются на следующие (рис. 8. 30): 1) заделка трещин и пробоин в картерных деталях, расположенных на не силовых поверхностях и не проходящих через ребра жесткости; 2) ремонт посадочных неподвижных соединений; 3) ремонт изношенных поверхностей в подвесных соединениях вала и подшипника; 4) заделка поверхностных дефектов; выравнивание поверхностей кузовов, кабин и сварочных швов и вмятин и покрытие участков, поврежденных коррозией; 5) вклеивание (вместо запрессовки) ремонтных втулок, закрепление ослабевших шпилек; 6) приклеивание фрикционных тормозных накладок. Состав операций при ремонте: 1) общая подготовка деталей, включающая очистку, разделку дефектного места, его обезжиривание; 2) устранение дефекта; 3) механическая обработка, после отвердения (снятие наплывов, выравнивание поверхности). Особенности техпроцессов ремонта отдельных дефектов При устранении трещин в корпусных деталях выполняются следующие операции: 1) сверление отверстий на концах трещины 0,3 - 4 мм; 2) разделка трещины по всей длине под углом 60 – 900 на глубину 0,7 - 0,8 толщины стенки (шлифовальным кругом или зубилом); 3) зачистка поверхности детали вдоль трещины 15 - 20 мм по обе стороны (металлической щеткой или наждачной шкуркой); 4) обезжиривание ацетоном или бензином (кисть, салфетки, сушка на воздухе 3 - 5 минут при комнатной температуре); 5) заполнение трещины эпоксидной композицией (наносят в 2 слоя – тщательное втирание шпателем и второй слой с перекрытием металла на 10 - 15 мм вокруг трещины с толщиной слоя 2 - 3 мм); 6) выдержка детали в нагревательной камере (t = 70 - 80 0С, 3 - 4 мин до отверждения и последующее охлаждение); 7) зачистка поверхности от подтеков (шпателем, напильником или шлифовальным кругом); 8) испытание на герметичность (давление воды 4 кгс/см2, в течение 2 мин). Рис. 8. 30. Области применения синтетических материалов при восстановлении деталей Склеивание деталей Основными достоинствами данного способа являются возможность соединения разнородных материалов, устойчивость к воздействию ГСМ, способность выдерживать высокие рабочие температуры. Основные клеи промышленного применения: • ВС-10Т (на основе эпоксидной смолы) – для склеивания металлов и пластмасс, металлических деталей с фрикционными материалами; • ФР-12, ПВА, 88А, 88НП – для склеивания резины с металлом; • БФ-4 – для склеивания генитакса и текстолита; • БФ-6 – для ткани, войлока и кожи; • МПФ-1 – для алюминия и его сплавов, пленок, стекла, текстолита; • ПЭД-5 – для деталей из пенопластов и др.; • 88-М - для склеивания резино-металлических элементов (улучшенный аналог клеев 88-СА и 88-НП, превосходит их по прочности и водостойкости); • УРЕТАНОВЫЙ - для ремонта пластика, кожи, ПВХ, линолеума, и обивки салона, создан на основе каучука DESMOKOLL фирмы BAYER для изделий из полиуретана и других пластмасс, в том числе на основе термопластов и эластопластов, кожи и кожзаменителя (отличается особой морозостойкостью, износоустойчивостью и прозрачностью); • РАДИКАЛ - особопрочное склеивание пластмассовых, резиновых, металлических внутренних и внешних элементов кузова, допустимо использование на морозе; • ЭПОКСИ-ТИТАН - высокопрочный, эпоксикаучуковый клей-компаунд, стоек к ударам и вибрации, используется для ремонта бамперов, склеивания металлических элементов кузова,   с введением наполнителей (алюминиевая пудра, мел, тальк) для восстановления любых агрегатов; • ЭПОКСИ-ЭКСКЛЮЗИВ  (жидкий металл)  - по прочности и долговечности не уступает лучшей стали; • ЭПОКСИ-ПРОСВЕТ - для восстановления любой оптики; • УНИКУМ - для быстрого и надежного склеивания разнородных материалов, металла, пластмассы. Технология склеивания: (на примере клея ВС-10Т): 1) очистка деталей; 2) обезжиривание; 3) нанесение клеевого состава (толщина 0,1 - 0,2 мм) и выдержка 10 - 15 с при 18 - 20 0С; 4) прижим склеиваемых изделий (удельное давление 0,1 - 0,3 МПа); 5) выдержка клеевого соединения (при температуре 18 – 250С в течение 45 мин). Восстановление размеров деталей нанесением полимеров Применяются термопласты. Способы нанесения: • погружением в расплавленные пластмассы; • литье под давлением; • напыление: вихревое, вибрационное, газоплазменное, напыление порошка на нагретую поверхность детали. Наиболее распространено напыление. Для напыления гранулы полимеров превращают в порошкообразное состояние (механический или химический способ), частицы имею размеры 0,1 - 0,15 мм. Вихревое напыление осуществляется на специальных установках (рис. 8. 31), которые подают инертный газ, сжатый воздух или азот. Деталь подогревают до 280 – 3000С и помещают в камеру. Время выдержки зависит от требуемой толщины покрытия. После напыления подвергают термообработке для снятия внутренних напряжений (нагрев в масле до 140 – 1600С, время 15 - 60 мин). Вибрационное напыление Порошок в псевдосжиженное состояние приводят в вибрационный камере (рис. 8. 32). При этом не требуется нагрева до высоких температур, т.к. отсутствует охлаждение сжатым газом. Газопламенное напыление – пластмасса в специальной горелке расплавляется и распыляется струей сжатого воздуха. Применяется для устранения неровностей на кузовах. Требуется предварительная очистка и нагрев поверхностей газовой горелкой. Анаэробные герметики и жидкие прокладки Анаэробные герметики получают на основе акриловой смолы. Они способны в присутствии воздуха длительное время оставаться в исходном состоянии и быстро плимеризоваться при отсутствии воздуха при комнатной температуре. Применяются для герметизации зазоров 0,07–0,6 мм. В отвержденном состоянии анаэробные герметики нерастворимы в органических растворителях, устойчивы к действию высоких механических нагрузок и переменных температур, стойки к ударам и вибрациям, обеспечивают высокую степень герметизации. Разработаны технологические процессы восстановления следующих деталей автомобилей: - постелей блоков цилиндров; - нижних головок шатунов; - корпусных деталей с трещинами; - посадочных поверхностей под подшипники в корпусных деталях; - шеек валов; - герметизации и фиксации неподвижных соединений (вал-втулка; резьбовые соединения и т.п.). Герметики – эластомеры рекомендуются для восстановления зазоров и натягов в сопряжениях; предупреждения задиров при запрессовке; защиты соединений от коррозии; снижения концентрации напряжений на поверхности детали; выравнивания удельных давлений по периметру. Эластомеры выпускаются в виде листов толщиной 2 – 5 мм. Перед применением их растворяют в ацетоне и после этого наносят на герметизируемые поверхности. Жидкие прокладки – это полимерные композиции различной степени вязкости, которые в процессе сборки соединений заполняют все микронеровности и вмятины и обеспечивают герметичность соединения. Они стойки к вибрациям, ударам и могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур и давлений. Могут заменять асбестовые, картонные, пробковые и другие прокладки. Применяются также для герметизации резьбовых соединений, шлангов; для восстановления электроизоляции, для склеивания фар, а также для герметизации соединения без полной разборки. Жидкие металлы СТ1, СТ2 сталь паста. Рекомендуется для ремонта поврежденных литых деталей. Он очень хорошо прилипает к металлу, стеклу, керамике и другим веществам. Продукт состоит из стального порошка, смешанного с эпоксидной смолой, и отвердителя. Оба компонента смешиваются в соотношении 1:1. Пастообразная форма продукта позволяет наносить его на вертикальные поверхности. СТ4 жидкий металл. Рекомендуется для высокопрочного ремонта стальных и литых деталей, особенно различных поверхностей, подверженных сильному износу, как например, валы, опорно-направляющие дорожки. Он содержит частицы графита, которые дают самосмазывающий эффект. Пастообразная форма продукта позволяет наносить его на вертикальные поверхности. Смола и отвердитель этого продукта смешиваются в соотношении 1:1. АЛ1 алюминий паста. Рекомендуется для ремонта алюминия и алюминиевых сплавов. Особенно пригоден для заделки изъянов обработки литых деталей. Этот продукт состоит из алюминиевого порошка, смешанного с эпоксидной смолой, и отвердителя. Пастообразное состояние продукта позволяет наносить его на вертикальные поверхности. После обработки появляется легкий алюминиевый блеск. Не ржавеет. 8. 8. Механическая обработка при ремонте деталей При восстановлении деталей используются слесарные работы и механическая обработка на станках. Слесарные работы применяют при подготовке поверхностей к восстановлению, а также для удаления обломанных болтов и шпилек, опиловки при подгонке деталей и др. Механическая обработка применяется при следующих случаях: • подготовке поверхностей и обработка после нанесения покрытий; • обработке деталей под ремонтный размер; • постановке дополнительных ремонтных деталей. Особенности механической обработки восстановленных поверхностей: 1) высокая твердость обрабатываемых поверхностей (большинство деталей после химико-термической обработки и нанесения твердых покрытий; 2) неравномерность припуска на обработку (неравномерный износ, разная толщина покрытий); 3) специфические физико–механические свойства наносимых покрытий (пористость, хрупкость, наличие посторонних включений); 4) неоднородность свойств покрытий на различных участках; 5) повреждение баз, которые использовались при изготовлении деталей. Применяемые виды обработки покрытий: • шлифование (необходимо избегать прижогов и шлифовальных трещин); • полирование (мягкими тканями с полировальными пастами); • резание с использованием синтетических сверхтвердых материалов и твердых сплавов; • при обработке пластмасс - резание с интенсивным охлаждением воздухом или керосином (СОЖ могут при повышенной температуре образовывать химические соединения). Обработка деталей под ремонтный размер Одна из деталей, наиболее сложная и дорогостоящая, обрабатывается под ремонтный размер, а другая заменяется новой или восстановленной до ремонтного размера. Ремонтные размеры делятся на категорийные и пригоночные. Категорийные – это окончательные ремонтные размеры детали, установленные для определенной категории ремонта. Категория ремонта соответствует его порядковому номеру. Детали с категорийными ремонтными размерами выпускаются промышленностью (поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, толкатели, вкладыши подшипников коленчатых валов и др.). Пригоночные – ремонтные размеры детали, установленные с учетом припуска на пригонку детали по месту. В этом случае деталь обрабатывают только до получения правильной геометрической формы и шероховатости (например, обработка седла клапана в головке цилиндров, к которой затем притирается клапан). Новый ремонтный размер детали зависит от износа и припуска на обработку. Износ устанавливается измерением детали. Припуск определяется для соответствующего метода восстановления и обработки по известным методикам. Для валов ремонтный размер определяют по формуле , где dн  номинальный размер детали; u  величина износа; а  припуск на обработку на сторону; i – категория ремонта. Для отверстий: . Достоинства данного метода: • простота техноло-гического процесса и применяемого оборудо-вания; • высокая экономическая эффективность; • сохранение взаимоза-меняемости в пределах ремонтного размера. Недостатки: • увеличение номенкла-туры запасных частей; • усложнение процессов комплектования деталей, сборки узлов и хранения деталей на складах. Дополнительные ремонтные детали (ДРД) Применяются для компенсации износа рабочих поверхностей деталей, а также для замены части изношенной или пов-режденной детали. Изно-шенную поверхность или часть детали механически обрабатывают или удаляют. На нее устанавливают и прикрепляют к оставшейся годной части специально изготовленную дополнительную деталь. Методы закрепления ДРД: • прессовые посадки; • сварка; • резьба; • стопорные винты и штифты. Виды ДРД: • гильзы; • пластины; • кольца; • втулки; • зубчатые венцы; • детали специальной формы требуемых размеров. Материал ДРД должен соответствовать материалу основной детали. Для обеспечения износостойкости может быть выбран другой материал. Примеры установки ДРД показаны на рис. 8. 33. После установки и закрепления ДРД производят их окончательную механическую обработку до требуемых размеров.