Восстановление деталей способом пластического деформирования.
Способ пластического деформирования основан на способности деталей изменять форму и размеры без разрушения путем перераспределения металла под давлением, т.е. основан на использовании пластических свойств металла деталей. Пластическому деформированию могут подвергаться детали в холодном или в нагретом состоянии в специальных приспособлениях на прессах.
Стальные детали твердостью до HRC 30 (это низкоуглеродистые стали, а также детали из цветных металлов и сплавов) обычно деформируют в холодном состоянии без предварительной обработки. При холодном деформировании наблюдается упрочнение металла детали, т.е. происходит наклеп, который повышает предел прочности и твердости металла при одновременном понижении его пластических свойств. Этот процесс требует приложения больших усилий. Поэтому при восстановлении детали часто нагревают.
В нагретом состоянии восстанавливают детали из средне и высокоуглеродистых сталей. При восстановлении деталей необходимо учитывать верхний предел нагрева и температуру конца пластического деформирования металла. Относительно низкая температура конца деформирования металла может привести к наклепу и появлению трещин в металле.
Процесс восстановления размеров деталей состоит из следующих операций:
- подготовка – отжиг или отпуск обрабатываемой поверхности перед холодным или нагрев перед горячим деформированием;
|
|
|
- деформирование – осадка, раздача, обжатие, вытяжка, правка и др.;
- обработка после деформирования – механическая обработка восстановленных поверхностей до требуемых размеров и при необходимости термическая обработка;
- контроль качества – после восстановления детали должны также проверяться на отсутствие трещин.
Осадка. Используется для увеличения наружного диаметра сплошных и полых деталей, а также для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет сокращения их высоты. Допускается уменьшение высоты втулок на 8-10%.
Вдавливание. Отличается от осадки тем, что высота детали не изменяется, а увеличение её диаметра происходит за счет выдавливания металла из нерабочей части. Вдавливанием восстанавливают тарелки клапанов двигателей, зубчатые колеса и т.д.
Раздача. Применяют для увеличения наружного диаметра пустотелых деталей (втулки, поршневые пальцы и др.) при практически не изменяемой их высоте. Изменение наружного диаметра происходит за счет увеличения её внутреннего диаметра. При раздаче через отверстие детали продавливают калиброванный шарик или специальную оправку.
Обжатие. Восстанавливают детали с изношенными внутренними поверхностями за счет уменьшения наружных размеров, которые не имеют для них значения (проушины рычагов, вилок и др.). Обжатие осуществляется в холодном состоянии под прессом в специальном приспособлении. Втулку проталкивают через матрицу, которая имеет сужающееся входное отверстие под углом 7-8о, калибрующую часть и выходное отверстие, расширяющееся под углом 18-20 о. Калибрующая часть матрицы позволяет уменьшить внутренний диаметр детали на величину износа с учетом припуска на развертывание до требуемого размера.
|
|
|
Накатка. Основана на вытеснении рабочим инструментом материала с отдельных участков изношенных поверхностей деталей. Способ позволяет увеличить диаметр накатываемой поверхности детали на 0,3-0,4 мм и применяется для восстановления изношенных посадочных мест под подшипники качения. Накатке подвергаются детали без термической обработки, но с обильной подачей индустриального масла. В качестве инструмента для накатки используют рифленый цилиндрический ролик или обойму с шариками, устанавливаемые на суппорте токарного станка.
Восстановление деталей сваркой и наплавкой.
На сварку и наплавку приходится от 40 до 80% всех восстановленных деталей.
Такое широкое распространение этих способов характеризуется следующими достоинствами:
|
|
|
- простотой технологического процесса и применяемого оборудования;
- возможностью восстановления деталей из любых металлов и сплавов;
- высокой производительностью и низкой себестоимостью;
- получением на рабочих поверхностях деталей наращиваемых слоёв практически любой толщины и химического состава (жаропрочные, кислотно-стойкие и т.д.)
Нагрев до температуры плавления материалов, приводит к возникновению вредных процессов, которые оказывают негативное влияние на качество восстанавливаемых деталей. К ним относятся металлургические процессы, структурные изменения, образование внутренних напряжений и деформаций в основном металле деталей.
В процессе сварки и наплавки из-за соединения металла с кислородом воздуха происходит его окисление, выгорание легирующих элементов (углерода, марганца, кремния и др.), насыщение наплавленного металла азотом (что является источником снижения пластичности и предела прочности) водородом, а также разбрызгивание металла.
Для защиты от этих отрицательных явлений при сварке и наплавке используют электродные обмазки, флюсы, которые при наплавлении образуют шлак, предохраняющий контакт металла с окружающей средой. С этой же целью применяют и защитные газы.
|
|
|
При сварке и наплавке выделяются углекислый и угарный газы, которые бурно расширяются и являются источником разбрызгивания жидкого металла.
Неравномерный нагрев детали в околошовной зоне (зоне термического влияния) приводит к структурным изменениям в основном металле детали. Механические свойства металла в этой зоне снижаются. Увеличение сварочного тока и мощности сварочной горелки приводит к расширению зоны термического влияния, а скорость сварки (при выборе рационального режима) – к уменьшению.
Из-за неравномерного нагрева, возникают внутренние напряжения деформации в деталях. Если внутренние напряжения превышают предел текучести материала детали, то возникают деформации. Они могут быть значительно снижены путем нагрева деталей перед сваркой и медленного охлаждения после сварки, а также применения специальных приемов сварки и наплавки.
Способы сварки и наплавки.
Ручная сварка и наплавка плавящимися электродами. Параметры режима – это сила тока, напряжение и скорость наплавки. Для получения минимальной глубины проплавления основного металла электрод наклоняют в сторону, обратную направлению наплавки (рис. 103).
Общие потери при наплавке покрытыми электродами с учетом потерь на угар, разбрызгивание и огарки составляют до 30%.
Длина дуги не должна превышать диаметра электрода.
Рис. 103. Схема ручной наплавки: 1 – основной металл; 2 – наплавленный валик; 3 – шлаковая корка; 4 – электродный стержень; 5 – покрытие электродного стержня; 6 – газошлаковая защита; 7 – сварочная ванна
Ручная сварка и наплавка используются для устранения трещин, вмятин, пробоин, изломов и т.д.
Газовая сварка и наплавка. Сущность процесса – это расплавление свариваемого и присадочного металла пламенем, которое образуется при сгорании горючего газа в смеси с кислородом. В качестве горючего газа используют ацетилен, что позволяет обеспечить температуру пламени 3100-3300°С.
Сварку и наплавку осуществляют сварочными горелками. Мощность пламени характеризуется расходом ацетилена, зависящим от номера наконечника горелки.
Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла зависит от толщины соединяемых кромок изделия и от теплопроводности металла (чем толще металл и чем больше его теплопроводность, тем угол мундштука горелки должен быть больше).
Конец присадочной проволоки держат в восстановительной зоне или в свариваемой ванне.
Существуют два основных способа газовой сварки – правый и левый.
Правый – это когда процесс сварки ведется слева на право (рис. 104 а), горелка перемещается впереди присадочного прутка, а пламя направлено на формирующийся шов. В результате происходит хорошая защита сварочной ванны от воздействия атмосферного воздуха и замедленное охлаждение сварного шва. Такой способ позволяет получить швы высокого качества. Применяется при сварке металла толщиной более 5 мм.
Левый – представляет собой процесс сварки который выполняют справа налево (рис.104 б), горелка перемещается за присадочным прутком, а пламя направляется на не сваренные кромки и подогревает их, подготавливая к сварке. Пламя свободно растекается по поверхности металла, что снижает опасность его пережога. Этот способ позволяет получить внешний вид шва лучше, так как сварщик отчетливо видит шов и может сделать его равномерным по высоте и ширине, что особенно важно при сварке тонких листов.
Рис. 104. Основные способы газовой сварки: 1 – формирующий шов; 2 – присадочный пруток; 3 – пламя горелки; 4 – горелка
Дуговая наплавка под флюсом.Способ широко применяется для восстановления цилиндрических и плоских поверхностей деталей. Это механизированный способ наплавки, при котором совмещены два основных движения электрода, т.е. его подача по мере оплавления к детали и перемещение вдоль сварочного шва.
Сущность способа наплавки под флюсом заключается в том, что в зону горения дуги автоматически подаются сыпучий флюс и электродная проволока. Под действием высокой температуры образуется газовый пузырь, в котором существует дуга, расплавляющая металл. Часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку из жидкого флюса, который защищает расплавленный металл от окисления, уменьшает разбрызгивание и угар. При кристаллизации расплавленного металла образуется сварочный шов. (рис.105).
Рис. 105. Схема автоматической дуговой наплавки цилиндрических деталей под флюсом: 1 – патрон; 2 – кассета; 3 – бункер; 4 – флюс; 5 – деталь
Преимущества способа:
- возможность получения покрытия заданного состава;
- экономичность в отношении расхода электроэнергии и электродного материала;
- независимость качества наплавленного металла от квалификации исполнителя;
- лучшие условия труда сварщиков ввиду отсутствия ультрафиолетового излучения;
- возможность автоматизации технологического процесса.
Недостатки способа:
- значительный нагрев детали;
- невозможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм (из-за стекания наплавленного металла и трудности удержания флюса на поверхности детали);
- сложность применения для деталей сложной конструкции.
Наплавка в среде углекислого газа . Этот способ восстановления деталей отличается от наплавки под флюсом тем, что в качестве защитной среды используется углекислый газ.
Сущность способа наплавки в среде углекислого газа заключается в том, что электродная проволока из кассеты непрерывно подается в зону сварки. Ток к электродной проволоке подводится через мундштук и наконечник, расположенные внутри газоэлектрической горелки. При наплавке металл электрода и детали перемешиваются. В зону горения дуги под давлением 0,05-0,2 МПа по трубке подается углекислый газ, который вытесняя воздух, защищает расплавленный металл от вредного воздействия кислорода и азота воздуха. (рис. 106).
Рис. 106. Схема наплавки в среде углекислого газа: 1 – мундштук; 2 – электродная проволока; 3 – горелка; 4 – наконечник; 5 – сопло горелки; 6 – электрическая дуга; 7 – сварочная ванна; 8 – наплавленный металл; 9 – наплавляемая деталь
Достоинства способа:
- меньший нагрев деталей;
- возможность наплавки при любом пространственном положении детали;
- более высокая производительность по площади покрытия (на 20-30%);
- возможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм;
- отсутствие трудоемкой операции по отделению шлаковой корки.
Недостатки способа:
- повышенное разбрызгивание металла (5-10%);
- необходимость применения легированной проволоки для получения наплавленного металла с требуемыми свойствами;
- открытое световое излучение дуги.
Электродуговая наплавка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде аргона (аргоновая сварка). Этот способ наплавки широко используется для восстановления алюминиевых сплавов и титана. Сущность способа – электрическая дуга горит между неплавящимся электродом и деталью. В зону сварки подается защитный газ – аргон, а присадочный материал – проволока (из того же материала, что и деталь). Аргон надежно защищает расплавленный металл от окисления кислородом воздуха. Наплавленный металл получается плотным, без пор и раковин.
Преимущества способа:
- высокая производительность процесса (в 3-4 раза выше, чем при газовой сварке);
- высокая механическая прочность сварного шва;
- небольшая зона термического влияния;
- снижение потерь энергии дуги на световое излучение, т.к. аргон задерживает ультрафиолетовые лучи.
Недостатки способа:
- высокая стоимость процесса (в 3 раза выше, чем при газовой сварке).
Вибродуговая наплавка. Этот способ наплавки является разновидность дуговой наплавки металлическим электродом. Процесс наплавки осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность.
Вибратор создает колебания конца электрода, обеспечивая размыкание и замыкание сварочной цепи. При периодическом замыкании электродной проволоки и детали происходит перенос металла с электрода на деталь. Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность процесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подаче электродной проволоки небольшими порциями, что обеспечивает лучшее формирование наплавленных валиков.
Плазменно-дуговая сварка и наплавка ( плазмотрон ). Плазменная струя представляет собой частично или полностью ионизированный газ. Струя обладает свойствами электропроводности и имеет высокую температуру. Она создается дуговым разрядом, размещенном в узком канале специального устройства, при обдуве электрической дуги потоком плазмообразующего газа. Температура струи достигает 10000-30000°С, а скорость в 2-3 раза превышает скорость звука.
В качестве плазмообразующих газов используют аргон и азот. Аргонная плазма имеет более высокую температуру – 15000-30000°С. Применение нейтральных газов способствует предотвращению окисления металлов.
В поток нагретого газа вводится материал для сварки и наплавки. Образующиеся расплавленные частицы материала выносятся потоком горячего газа из сопла и наносятся на поверхность изделия.
Лазерная наплавка. Этот способ наплавки представляет собой технологический метод получения покрытий с заданными физико-механическими свойствами путем нанесения наплавочного материала (порошок, фольга, проволока и др.) с последующим оплавлением его лазерным лучом. Наименьших затрат энергии требуют порошковые материалы.
Порошки на поверхность детали могут подаваться непосредственно в зону лазерного луча с помощью дозатора, после предварительной обмазки составом в виде коллоидного раствора (это смесь порошка и раствора целлюлозы).
Электроконтактная приварка ленты или проволоки. Сущность процесса – точечная приварка стальной ленты или проволоки к поверхности детали в результате воздействия мощного импульса тока. В точке сварки происходит расплавление металла ленты (проволоки) и детали.
Преимущества способа:
- высокая производительность процесса (в 2,5 раза превосходит вибродуговую наплавку);
- малое тепловое воздействие на деталь (не более 0,3 мм);
- небольшая глубина плавления;
- незначительный расход материала (в 4-5 раз превосходит вибродуговую наплавку);
- возможность получения не плавленого металла с любыми свойствами;
- благоприятные условия работы сварщика.
Недостатки способа:
- ограниченность толщины наплавленного слоя;
- сложность установки.
Особенности сварки чугунных деталей.Многие корпусные детали изготавливают из серого, высококачественного и ковкого чугуна, который является трудносвариваемым материалом. У деталей из чугуна сваркой заделывают трещины и отверстия, присоединяют отколотые части детали, наплавляют износостойкие покрытия.
Наличие в чугуне значительного содержания углерода и низкая его вязкость вызывают значительные трудности при восстановлении деталей из этого материала. Быстрое охлаждение чугуна приводит к образованию в околошовной зоне твердых закалочных структур. В этих зонах металл тверд и хрупок. Выгорание углерода и кремния в процессе сварки приводит к тому, что сварочный шов получается пористым и загрязненным шлаковыми включениями, которые появляются в результате неполного выделения газов и шлаков из-за быстрого перехода чугуна из жидкого состояния в твердое.
При восстановлении чугунных деталей применяют горячий и холодный способ сварки.
Горячая сварка чугуна – это процесс, который предусматривает нагрев детали (в печи или другими способами) до температуры 650-680°С. Температура детали во время сварки должна быть не ниже 500°С.
Такие температуры позволяют:
- освободить свариваемую деталь от внутренних напряжений;
- задержать охлаждение сварочной ванны, что способствует выравниванию состава металла;
- предупредить появление сварочных напряжений и трещин.
Для деталей с большой жесткостью (блок цилиндров и другие корпусные детали) при сварке обязателен общий нагрев.
Лучшие результаты при горячей сварке чугуна даёт ацетилено-кислородное пламя с присадочным материалом из чугуна. При сварке необходимо применять флюс.
Газовая сварка чугуна цветными сплавами без подогрева детали. Выполняют в сочетании с дуговой сваркой и широко применяют в ремонтном производстве для сварки трещин на обрабатываемых поверхностях корпусных деталей. Присадочный материал – латунь. Температура плавления латуни (880-950°С) ниже температуры плавления чугуна, поэтому её можно применять для сварки, не доводя чугун до плавления и не вызывая в нем особых структурных изменений и внутренних напряжений. Использование этого процесса позволяет получить сварочные швы плотные, легко поддающиеся обработке.
Холодная сварка чугуна. При этом процессе деталь не нагревают (возможен подогрев не свыше 400°С для снятия напряжения и предупреждения возникновения сварочных напряжений). Сварочная ванна имеет небольшой объём металла и быстро твердеет. Способ получил более широкое применение по сравнению с горячей сваркой из-за простоты выполнения. В зоне сварного шва происходит отбеливание и закалка с одновременным ростом внутренних напряжений, которые могу привести к образованию трещин.
Холодная сварка применяется для устранения трещин и заварки пробоин в тонкостенных корпусных и крупногабаритных чугунных деталях, которые требуют последующей механической обработки и эксплуатируются под нагрузкой при тепловом воздействии.
Особенности сварки деталей из алюминия и его сплавов. Особенность сварки состоит в следующем:
- очень плохая сплавляемость алюминия (температура плавления алюминия 658°С) из-за образования на его поверхности тугоплавкой окисной плёнки, температура плавления которой 2050°С. Окислы снижают механическую прочность деталей. Для их удаления применяют флюсы;
- при нагреве до 400-450°С алюминий сильно теряет свою прочность, и деталь может разрушиться даже от легкого удара;
- алюминий, как и чугун, не имеет пластического состояния и при нагреве сразу переходит из твердого состояния в жидкое.
Для уменьшения внутренних напряжений целесообразно подогревать детали перед сваркой до температуры 250-300°С и медленно охлаждать после сварки.
Для деталей из алюминия и его сплавов рекомендуются следующие способы сварки:
- неплавящимися вольфрамовыми электродами в среде аргона (аргонодуговая сварка).В качестве присадочного материала используют сплавы алюминия;
- электродами из сплава алюминия или из сплава технического алюминия на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой (электродуговая сварка). Стержень электрода изготавливают из алюминиевой проволоки. Электрод имеет специальное покрытие (флюс);
- ацетилено-кислородным нейтральным пламенем (газовая сварка) с использованием флюса. Присадочный материал должен быть того же состава, что и основной металл. В момент расплавления основного и присадочного материалов пленку окислов разрывают с помощью стального крючка.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!