1. снятие внутренних напряжений в материале ремонтной заготовки после наплавки, пластического деформирования и др.;

2. улучшение обрабатываемости материала;

3. повышение механических свойств материала детали до значений, требуемых техническими условиями на ее восстановление.

Термическую обработку, требующую оборудования, которое не размещается, как правило, в механическом цехе, всегда выгодно выполнять до механической обработки или же после нее. В таком случае технологический процесс механической обработки не прерывается. Такие термические операции, как отжиг, нормализация, улучшение и старение, предназначенные для снятия внутренних напряжений, выравнивания структуры и улучшения обрабатываемости материала, можно выполнять до механической обработки. Однако избежать разрыва процесса механической обработки, если требуется повышение механических свойств (твердости, прочности) материала, тем труднее, чем более точна деталь. Выполнение закалки и отпуска после механической обработки препятствует то, что деталь в процессе термообработки теряет полученную точность.

4.3.5. Краткая характеристика способов получения ремонтной заготовки

Ручная электродуговая и газовая сварки и наплавки

Этот способ широко распространен в ремонтной практике при восстановлении деталей, изготовленных из простой мало- и среднеуглеродистых сталей, а также из чугуна и цветных металлов.

Главный недостаток дуговой и газовой сварок и наплавок - глубокий прогрев детали до высокой температуры, в результате чего имеет место коробление, нарушение структуры металла, его однородности и, следовательно, изменение механических свойств. Эти изменения часто выходят за пределы допускаемых техническими условиями. Основными показателями, характеризующими, как известно, эксплуатационную надежность деталей СДМ, являются их динамическая прочность и износостойкость. С этой точки зрения применение достижений современной сварочной техники и, прежде всего, использование современной системы электродов, обмазок и флюсов позволяет существенно улучшить износостойкость, но не всегда удается при этом устранить снижение усталостной прочности восстановленной детали без термической обработки.

Автоматическая и полуавтоматическая электродуговые наплавки под слоем флюса

Этот вид наплавки является весьма прогрессивным, позволяющим не только существенно повысить производительность, но и качество наплавленного металла. Механизация процессов подачи электродной проволоки и перемещения сварочного автомата в направлении наплавки характеризует устойчивость процессов. Этим обеспечивается достаточная однородность и большая стабильность всех показателей наплавленного металла.

Возможность легирования наплавленного металла во время наплавки позволяет получить наплавленный металл различного химического состава и с различными свойствами.

Флюс, покрывающий наплавленный металл, замедляет его охлаждение, что способствует образованию покрытия с равномерной структурой, с меньшим количеством газовых и шлаковых включений.

Однако такая наплавка применима только к деталям, позволяющим наносить спиральные или достаточной протяженности линейные валики. Кроме того, эта наплавка весьма осложняется с уменьшением размера деталей и ее толщины.

Эти трудности обусловлены тем, что такие детали быстро нагреваются до высокой температуры, вследствие чего шлак и расплавленный металл стекают с наплавленной поверхности.

По этим причинам наплавка под слоем флюса деталей диаметром менее 100 мм затруднительна и практически применяется редко, а для деталей диаметром менее 40 мм не применяется вовсе.

Наплавка в среде углекислого газа

Возможность наблюдать и корректировать процесс образования наплавочного слоя, производить наплавку в любом пространственном положении, в том числе и тонкостенных деталей, отсутствие вредных выделений, дешевизна и недефицитность углекислого газа - основные преимущества данного способа наплавки.

Однако при наплавке в среде углекислого газа сильно окисляется расплавленный металл, так как углекислый газ в дуге разлагается с образованием окиси углерода и атомарного кислорода. Чтобы уменьшить окисление, применяется проволока, содержащая 1,01,2% раскислителей (кремния, титана, марганца). В настоящее время наплавка в среде углекислого газа применяется главным образом для деталей из мало- и среднеуглеродистых сталей и чугуна.

Наплавка в среде водяного пара

Дешевая и недефицитная защитная среда, устойчивость наплавляемого металла к трещинам, отсутствие выделений вредного газа делают этот способ наплавки эффективным для многих деталей ПТ и СДМ. Однако при наплавке в среде водяного пара сильно выгорает кремний, марганец и углерод, поэтому желательно применять проволоку с повышенным содержанием этих компонентов (Св-30 Г2СА,

Нп-30ХГСА и др.). Присутствие водяного пара в зоне сварочной дуги приводит к возникновению пор, которые снижают прочность наплавленного металла.

Наплавка порошковой проволокой

Основные достоинства процесса - возможности легирования наплавленного металла в широких пределах и получение в связи с этим необходимых его механических свойств. Применение порошковых проволок упрощает процесс наплавки, так

как не требует применения флюсов, защитных газов и т.д. Недостатки способа - высокая стоимость проволоки, склонность наплавленного металла к образовани неравномерной структуры и др.

Вибродуговая наплавка

Высокая производительность по наплавляемой поверхности, возможность наплавки деталей диаметром 8 мм и более, незначительная зона термического влияния, возможность получения всех видов закалочных структур наплавленной поверхности - основные достоинства данного способа. Неоднородность структуры наплавленного слоя способствует получению покрытий с неравномерной твердостью (разброс твердости превышает 50%), возникновению больших растягивающих внутренних напряжений и появлению в связи с этим микротрещин. Поэтому детали, испытывающие большую динамическую нагрузку и работающие на усталость, наплавлять этим способом не рекомендуется. Наиболее эффективно применение этого способа для деталей с высокой твердостью.

Металлизация напылением

Напыление с помощью воздуха расплавленного металла не вызывает высокого нагрева основного материала детали и, следовательно, отсутствуют какие-либо изменения его.

Этим способом возможно наносить слой из любого материала и любой толщины из детали разнообразной формы и размеров. Напыленный слой обладает высокой износостойкостью при трении со смазкой. Этому способствует значительная пористость его.

Однако широкому применению металлизации напылением препятствует низкая механическая прочность получающихся покрытий и слабая связь их с основным материалом, значительное выгорание легирующих элементов и повышенное окисление металла покрытия.

Деталь, восстановленная металлизацией, часто оказывается в отношении прочности ослабленной из-за уменьшения сечения, вызванного износом, и вследствие того, что многие способы подготовки поверхности и металлизации сами по себе снижают предел выносливости. В настоящее время данный способ используется при восстановлении наружных и внутренних цилиндрических поверхностей.

Электролитическое и химическое наращивание

Возможность нанесения равномерного покрытия с различной твердостью без нарушения структуры материала, высокая износостойкость покрытия - основные достоинства способа.

Электролитические и химические покрытия применяются главным образом для деталей из легированных сталей со сложной термообработкой, когда нужно нанести небольшой по толщине слой покрытия.

В настоящее время наибольшее распространение в ремонтной практике получили хромирование, никелирование и железнение (осталивание).

При хромировании достигается высокая твердость покрытия (до 1200 НВ). Однако этот процесс сложен и дорог и позволяет наносить покрытия небольшой толщины (до 0,4 мм), что весьма суживает область его применения. Хромирование следует применять при необходимости повышения износостойкости восстанавливаемой детали.

Дешевизна (примерно втрое дешевле хромирования) и доступность исходных материалов, возможность нанесения осадков достаточной толщины (до 3 мм), высокая производительность процесса (в 10-15 раз выше хромирования) и ряд других достоинств обусловливают широкое применение железнения для восстановления деталей. Однако железные покрытия уступают по твердости хромовым (100700 НВ).

Наибольшее распространение получило химическое никелирование для восстановления прецизионных пар. Основное преимущество процесса - простота, возможность получения равномерного и износостойкого покрытия.

Пластическое деформирование

Основан этот способ на возможности восполнения изношенного слоя рабочей поверхности путем некоторого перераспределения материала детали: осадкой, раздачей, обкаткой, используя пластичность металлов в нагретом, а иногда и в холодном состоянии.

При таком способе не требуется материала на восстановление детали. Невысокая трудоемкость и стоимость способа - основные его достоинства. Недостатки способа - изменение структуры и механических свойств материала детали, наличие остаточных напряжений, невозможность применения для деталей из непластичных материалов и не имеющих резерва материала.

Нанесение полимерных покрытий

Простота технологического процесса и применяемого оборудования, неизменность структурного состава материала покрываемой детали, высокая производительность процесса, возможность нанесения покрытий до 5 мм на изношенные детали любой конфигурации - таковы достоинства данного способа. Однако полимерные покрытия обладают низкой твердостью и применяются, как правило, для восстановления поверхностей трения.

Постановка дополнительной (ремонтной) детали

Для прочного и надежного соединения дополнительной (ремонтной) детали необходимо правильно выбрать посадку и способ крепления ее.

Этот способ, несмотря на его простоту, доступность, имеет и существенные недостатки. Снижается жесткость узла, из-за добавления детали, и повышается его теплонапряженность. Кроме того, введение в размерную цепь дополнительной детали приводит к ужесточению допусков на обработку этих промежуточных звеньев.

Влияние способов получения ремонтной заготовки на ее деформацию

Все рассмотренные способы получения ремонтной заготовки по признаку влияния их на деформацию ее делятся на 3 группы.

1. Наращивание детали сопровождается действием высоких температур, нарушением исходной структуры материала детали и возникновением больших внутренних напряжений. Сюда относятся все способы наплавки металлов.

2. Наращивание детали сопровождается местным действием высоких температур, местными структурными изменениями и малыми внутренними напряжениями. К этой группе относятся: электроискровая и вибродуговая наплавки и др.

3. Наращивание детали не сопровождается действием высоких температур, не изменяет исходной структуры материала детали и не вызывает больших внутренних напряжений. Сюда относятся: электролитические наращивания металла, нанесение полимерных покрытий, металлизация и др.

Если получение ремонтной заготовки сопровождается ее деформацией, то необходимо наращивать все рабочие поверхности с целью обеспечения их координационного положения. В противном случае деформация детали от внутренних напряжений приводит к изменению положения неизношенных посадочных поверхностей относительно восстанавливаемых. Такое допущение возможно в тех случаях, когда нарушение координационных размеров, вызванное деформацией, не окажет существенного влияния на надежность восстановленного сопряжения (широк диапазон отклонений на координационный размер, неточность детали может быть скомпенсирована регулировкой сопряженного звена, когда поверхность не служит посадочным местом для других деталей и др.).

4.4. Расчет режимов получения ремонтной заготовки

4.4.1. Ручная электродуговая наплавка

Для сварки и наплавки деталей применяются три типа электродов:

1. для сварки конструкционных сталей;

2. для сварки легированных сталей с особыми свойствами;

3) для наплавки поверхностных слоев.

Конструкционные, среднеуглеродистые и низколегированные стали сваривают электродами типов: Э34, Э38, Э42, Э42А, Э50, Э50А и др.

Цифра, стоящая после буквы "Э", характеризует минимальное гарантируемое временное сопротивление сварного шва при растяжении.

Металлические электроды для наплавки поверхностей с особыми свойствами по химическому составу наплавленного металла разделены на 25 типов.

При выборе электродов для наплавки учитывается износостойкость наплавленного слоя. Установленных единиц износостойкости пока не существует, поэтому основным показателем принимается твердость. Типы электродов для наплавки обычно обозначаются одной-тремя буквами и цифрами. Последние две цифры показывают твердость слоя.

Цифры твердости со знаком "Т" означают твердость, которую получает наплавленный металл после термообработки. Например: ЭН-70ХII-25. Электрод наплавочный со средним содержанием углерода 0,70%, хрома - 11% и твердостью наплавленного металла - 25НRС.

Для наплавки поверхностей, работающих в абразивной среде, применяются электроды трубчатые (ЭТН1, 2,3,4) и марки Т (Т-540, Т-268, Т-216, Т-293, Т-500, Т-540, Т-620 и др.). Для деталей, работающих при ударных нагрузках и истерании, рекомендуются электроды ОЗН (ОЗН-250, 300, 350, 400). Для горячей сварки деталей из серого чугуна применяются электроды из чугунных прутков марки "Б" и электроды марки ОМЧ-1.

Для холодной сварки чугунных деталей по методу "отжигающих валиков" применяются электроды с меловой обмазкой типа Э-34 или медно-железные электроды марки ОЗЧ-1.

Сварочный ток для чугунных электродов

,

где d - диаметр электрода, мм;

k - коэффициент (k=5055).

Сварочный ток для сварки и наплавки стальными электродами

где d - диаметр электрода, мм;

 и  - опытные коэффициенты (=6; =20).

При толщине свариваемой (наплавляемой) детали больше 3d сила тока против расчетной увеличивается на 1015%, а при толщине меньшей 1,5d сила тока уменьшается на 1015%.

Диаметр электрода зависит от толщины свариваемой (наплавляемой) детали:

Основное время сварочных (наплавочных) работ