Технологический процесс восстановления вала водяного насоса

 

усталостной прочности наплавленных деталей.

Достоинствами механизированной наплавки являются: непрерывность процесса, достигаемая в результате использования электродной проволоки или ленты в виде больших мотков; подвод тока к электроду на минимальном расстоянии от дуги, позволяющий применять токи большой силы без перегрева электрода.

Из всех способов механизированной наплавки наибольшее распространение получила наплавка под флюсом. Схема этого способа показана на рис.2. Электродная проволока 1 непрерывно с постоянной скоростью подается в дуговой промежуток. Подвод тока к проволоке осуществляется в непосредственной близости от дуги при помощи втулки 2. В дуге 3 проволока плавится. Капли металла, пройдя дуговой промежуток, смешиваются с расплавленным металлом изделия 4 и образуют сварочную ванночку 5. После кристаллизации получается наплавленный валик 6, покрытый шлаковой коркой 7 и не расплавившимся флюсом 8. Избыток флюса ссыпается, а остывшая шлаковая корка удаляется. Формируется однородный наплавленный металл без пор и раковин. Производительность процесса одноэлектродной наплавки под слоем флюса невелика.

 

а — схема автоматической сварочной (наплавочной) головки; б — продольный разрез зоны сварки; в — схема сварки (наплавки) плоской поверхности; г — схема наплавки цилиндрической поверхности; / — наплавляемая (свариваемая) деталь; 2— бункере флюсом; 3 — мундштук; 4 — пружина; 5— прижимной ролик; 6 — очиститель проволоки; 7— кассета с электродной проволокой; 8— подающий ролик; 9 — подающий механизм; 10 — электродвигатель; // — аппаратный ящик; /2—источник тока; 13— электродная проволока; 14 — газовый пузырь; 15 — расплавленный металл; 16 — сыпучий флюс; /7 — трубка; 18 — шлакован корка; 19 — сварочный генератор; 20 — оболочка из жидкого флюса; 21 — электрическая дуга; 22 — наплавленный слой.

Поэтому наряду с одноэлектродной наплавкой применяют и другие разновидности этого способа: наплавку электродной лентой, многоэлектродную и многодуговую наплавку, наплавку с поперечным колебанием электрода (рис.3, а, б, в, г)

 

Рисунок 5 Способы наплавку электродной лентой

При наплавке электродной лентой (рис.3, а) достигаются малая глубина проплавления основного металла и возможность наплавить за один проход валик шириной до 100 мм. При многоэлектродной наплавке (рис. 5, б) в зону дуги одновременно подаются несколько электродов, подключенных к одному полюсу источника сварочного тока. Дуга периодически перемещается с одного электрода на другой; при этом образуется общая сварочная ванна, формируется широкий валик. При многодуговой наплавке

(рис. 5, в) применяется несколько наплавочных аппаратов или один аппарат с изолированными друг от друга несколькими электродами, каждый электрод питается от отдельного источника тока.

При наплавке деталей малого диаметра, глубоких внутренних поверхностей и ряда высоколегированных сплавов затруднено удаление шлаковой корки. Этого недостатка лишена механизированная наплавка открытой дугой и наплавка в защитных газах. При наплавке открытой дугой в качестве электрода используется порошковая проволока. Для защиты металла от кислорода и азота воздуха в ее сердечник вводят, кроме легирующих элементов, газо- и шлакообразующие компоненты и раскислители (при наплавке крупных деталей используют не порошковую проволоку, а ленту). Иногда используют голую легированную проволоку, содержащую в небольших количествах РЗМ

Наплавку в защитных газах чаще выполняют плавящимся электродом. В качестве защитных газов используют углекислый газ, аргон, азот.

Вибродуговая наплавка.

Схема процесса показана на рис.4. Характерной особенностью способа является применение вибрирующего плавящегося электрода. Электрод в  виде голой проволоки подается в дугу специальным аппаратом, который обеспечивает вибрацию электрода вдоль его оси. В результате процесс состоит из циклов, в каждом из которых происходят: 1) замыкание электрода с наплавляемой поверхностью; 2) размыкание и образование дуги; 3) подача электрода к изделию до замыкания. Длительность циклов определяется частотой вибрации электрода. Частота вибрации электродов обычно составляет 30 - 100 пер/с; амплитуда -0,75 - 1,0 диаметра электрода. Производительность вибродуговой наплавки мала (0,5 - 3,0 кг/ч), поэтому восстанавливать этим способом крупные детали с большим износом не рекомендуется. На рис. 6: 1- кассета с электродной проволокой;2 – механизм подачи проволоки; 3 - электромагнит вибратора; 4 - вибрирующий рычаг;

 

5 - опорный узел; 6 - хоботок; 7 –изделие.

 

Рисунок 6 Схема для вибродуговой наплавки.

 

 

 

Плазменную наплавку применяют в тех случаях, когда необходимо наплавить слой толщиной от 0,5 до 5,0 мм при строго регламентированной доле основного металла. Применяют несколько разновидностей плазменной наплавки. Присадочный материал нужного состава подают в плазменную дугу или выделенную плазменную струю в виде проволоки, ленты спрессованных металлокерамических колец, пластин, пасты или порошка. На рис. 5 показана схема плазменной наплавки с токоведущей присадочной   проволокой.

 

Рисунок 5 -  Плазменная наплавка.

 

Источником тепла для расплавления присадочной проволоки является двухдуговой разряд. Одна дуга (маломощная) горит между вольфрамовым электродом 1 и соплом 2, вторая (основная) - между вольфрамовым электродом и проволокой 4. Через сопло 3 подается защитный газ. Основной металл разогревается теплом перегретого расплавленного металла проволоки    и факелом плазменной струи.   По этой схеме   наплавляются: бронзы, латуни, нержавеющие стали и т.п.

На рис. 6 показана схема плазменно-порошковой наплавки. Порошок нужного состава вдувают в дугу через специальные каналы в горелке. Во внутреннем   рабочем   сопле   2    формируется плазменная струя, по соплу 3 подается присадочный порошок, а по соплу 4 - защитный газ. Источник 5 служит для зажигания дуги между электродом 1 и соплом 2; в плазменной струе этой дуги плавится порошок. Источник 6 формирует плазменную дугу прямого действия, которая оплавляет поверхность изделия и является дополнительным источником тепла для плавления присадочного порошка. Производительность указанных способов невелика (0,5-10 кг наплавленного металла в час). Более высокой производительностью (до 30 кг/час) обладает плазменная наплавка с подачей в ванну двух плавящихся электродов.

 

Рисунок 6 – Схема плазменно-порошковой наплавки.

 

При индукционной наплавке в качестве источника нагрева используются токи высокой частоты. Нагрев осуществляется с помощью индуктора, присоединенного к машинному или ламповому генератору ТВЧ. Практическое применение нашли два способа индукционной наплавки: 1) с использованием твердого присадочного материала, наносимого на наплавляемую поверхность в виде порошка, пасты или прессованных брикетов; 2) с использованием жидкого присадочного материала, расплавляемого в отдельной индукционной печи и определенными порциями подающегося на разогретую поверхность наплавляемой детали.

В зависимости от цели восстановления и условий эксплуатации деталей для  плазменно-порошковой наплавки  применяют проволоки различных марок (табл.1).

 

Таблица 2. - Марки проволок для дуговой металлизации

Операции	Материал проволоки
Восстановление поверхностей под неподвижные посадки	Стали: 08, 10, 15, 20
Получение износостойких покрытий	Стали: 45, У7, У8, У10. Проволоки марок Нп-40, Нп-ЗОХГСА, Нп-ЗОХ13
Напыление   деталей,   работающих   при высоких температурах	Хромоникелевые стали
Восстановление подшипников скольжения	Антифрикционные сплавы: 50 %А1+50 % Al
Заделка трещин, раковин и нанесение антикоррозионных покрытий на чугунные детали	Цинк марок Ц1, Ц2
Заделка трещин в деталях из алюминиевых сплавов	Сплавы: АД, АМц, АМг

 

 

Газопламенное нанесение порошковых материалов.

Основа процесса газопламенного нанесения порошков заключается в пластификации порошка в высокотемпературном источнике тепла, например, ацетиленокислородном пламени и нанесении его газовым потоком на предварительно подготовленную изношенную поверхность.

Преимущества данного способа восстановления: а) высокая производительность; б) локальность, т.е. выборочное нанесение материала только на изношенную поверхность; в) незначительное воздействие на подложку; г) отсутствие ограничений на сочетание материалов.

В зависимости от назначения и материала детали, условий ее эксплуатации используют следующие методы газопламенного нанесения порошковых материалов:

1.  Газопламенное напыление  порошка без последующего оплавления. Используется для восстановления  износов более 2-х мм на сторону  без деформации, искажения или  изменения структуры основного  металла. Таким образом восстанавливают  детали, не подвергающиеся в процессе 

эксплуатации ударам, знакопеременным нагрузкам, сильному нагреву.

2.  Газопламенное напыление  порошка с одновременным оплавлением. Используется для восстановления  износов 3-5 мм. Восстанавливаются детали, работающие при знакопеременных нагрузках, изготовленные из хромистых конструкционных сталей

3. Газопламенное напыление  порошков с последующим оплавлением. Восстанавливают детали типа вала с износом до 2,5 мм на сторону из материалов устойчивых против коррозии, работающие в условиях абразивного изнашивания, действия повышенных температур.

Технологический процесс газопламенного напыления состоит из следующих этапов:

1)  нагрев поверхности  детали до 200 - 250 °С,

2)  нанесение подслоя;

нанесение основных слоев с заданными физикомеханическими свойствами.

 Для осуществления  процесса используют сварочные  горелки, снабженные бункером для  порошка. У инжекторного распылительного аппарата (рис. 7) порошок через клапан, размещенный   в корпусе аппарата под влиянием всасывающего действия кислорода и горючего газа, протекающего по каналу, попадают в сопло, а затем - в ядро пламени.

 

 

 

 

 

 

 

Металлизация - это один из распространенных способов получения металлических покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла. Сущность метода заключается в том, что металл, расплавленный дугой (при электрометаллизации) или ацетиленокислородным пламенем и распыленный сжатым воздухом (давлением 0,6 МПа) покрывает поверхность восстанавливаемой детали.

Процесс дуговой металлизации осуществляется металлизатором.  Аппарат (см. рис 8) действует следующим образом: с помощью протяжных роликов по направляющим наконечникам непрерывно подаются две проволоки (1), к которым подведен электрический ток. Дуга, возникающая между проволоками, расплавляет металл. Одновременно по воздушному соплу 5 в зону дуги подается сжатый воздух (давление 0,6 МПа). Скорость движения частиц металла в струе достигает 120 - 300 м/с. Высокая скорость и малое время движения частиц, не превышающее сотых долей секунды, обусловливает пластическое деформирование частиц в момент удара их о твердую поверхность детали 6 и заполнение частицами неровностей и пор, сцепление частиц между собой и поверхностью. Таким образом, формируется сплошное покрытие толщиной от нескольких микрон до 10 мм (обычно для тугоплавких металлов толщина слоя от 1 до 1,5 мм, а для легкоплавких - от 2,5 до 3 мм).

В зависимости от источника расплавления металла металлизацию разделяют на:

Рисунок 8 – Схема металлизации.

1 - газопламенную; 2 - дуговую; 3 - высокочастотную; 4 - плазменную.

 Наибольшее распространение  на практике нашла дуговая  металлизация.

Применяя разнородные материалы проволок можно получить композиционные покрытия. При нанесении слоя покрытия на деталь температура нагрева последней достигает 50 -70 °С, что позволяет наносить металлические покрытия на любые материалы (металлы, пластмассу, дерево, резину).

Недостатками процесса металлизации являются: 1. Металлизированный слой не повышает прочности детали. Поэтому металлизация не годится для восстановления деталей с ослабленным сечением. 2. Сцепляемость покрытия с деталью невысока. Поэтому не следует восстанавливать детали, работающие в условиях: а) сухого трения; б) динамических нагрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Выбор способов восстановления, применяемого оборудования и инструмента.

 

Выбор способов восстановления изношенных деталей производится по двух параметрам: качеству наплавляемого слоя металла и техническая и экономическая целесообразность восстановления деталей и повторного использования материалов.

Качество наплавленной поверхности зависит от материала наплавляемой проволоки порошка и т.д. и технологии процесса.

Техническая целесообразность восстановления учитывает: 1) уникальность подлежащей восстановлению детали; 2) серийность восстановительных работ для рядовых деталей; 3) степень износа деталей; 4) наличие условий для сбора, подготовки и восстановления деталей; 5) наличие материалов; 6) ресурс восстановленной детали.

Экономическая целесообразность определяется путем укрупненных расчетов себестоимости восстановления:

Св = ( )Дп  + 0,1Цн  ,

 

где d- число восстанавливаемых поверхностей детали;

      Суд- удельная  себестоимость восстановления единицы  площади (длины) i-ой поверхности  принятым способом, грн/дм2 или грн/дм;

      Si- площадь (длина) i-ой поверхности;

      Кпд,- коэффициент повторяемости дефекта i-ой поверхности;

     Дп- коэффициент, учитывающий затраты на подготовительные работы (при восстановлении для собственных нужд Дп=1,03; при централизованном восстановлении Дп= 1,1);

     Цн- первоначальная цена восстанавливаемой детали.

Для решения вопроса об экономической целесообразности восстановления необходимо сравнить себестоимость восстановления (Св) с ценой новой детали (Цнов). Восстановление имеет экономическую целесообразность в случае, когда соблюдается условие; Св<Цнов.

Повторное использование материалов включает в себя два основных этапа: сбор и переработку. Техническая целесообразность проведения, как первого, так и второго этапа учитывает: