Восстановление автомобильных деталей из чугуна сваркой и наплавкой.
Многие сложные и ответственные детали автомобиля изготавливаются из различных марок чугуна. Так из серого и ковкого чугуна изготавливают блоки цилиндров, головки блоков, картеры коробок передач и раздаток, маховики, шкивы, корпуса водяных и масляных насосов, выпускные коллекторы, тормозные барабаны и другие детали. Из высокопрочных легированных чугунов изготавливают коленчатые и распределительные валы, шестерни привода маслонасоса и распределителя зажигания, коромысла клапанов и т.д. Такое широкое применение чугуна для изготовления автомобильных деталей обусловлено такими его достоинствами, как невысокая стоимость, хорошие литейные свойства, достаточно высокая механическая прочность и износостойкость при работе на трение, малая чувствительность к концентраторам напряжений, хорошая обрабатываемость различными методами механической обработки.
В процессе эксплуатации автомобиля в деталях из чугуна могут возникать различные дефекты - трещины, отколы, пробоины, износы отверстий в корпусных деталях и шеек валов подвижных и неподвижных соединений, срыв резьбы и др. Многие из этих дефектов можно устранять сваркой или наплавкой, однако при этом возникают определенные трудности, обусловленные особенностями чугуна.
1.2 Особенности чугуна, затрудняющие его сварку
Отбеливание при высокой скорости охлаждения металла шва и выгорания кремния. При быстром охлаждении углерод не успевает выделиться в виде графита и остается в химически связанном состоянии в виде цементита, что практически лишает возможности обработки восстановленных деталей режущим инструментом (кроме шлифования).
|
|
|
Вероятность образования трещин в шве и околошовной зоне в связи с незначительной пластичностью чугуна.
Образование в металле шва пор и раковин из-за интенсивного выделения газов (окиси углерода) и образования на поверхности сварочной ванны тугоплавких окислов кремния.
Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет формирование шва и удержание сварочной ванны от вытекания.
Несмотря на эти трудности, в настоящее время разработаны различные способы сварки, обеспечивающие высокое качество сварного соединения. Различают три способа сварки: горячий, полугорячий и холодный.
Холодную сварку выполняют без предварительного нагрева свариваемых деталей, полугорячую - при полном или местном нагреве до температуры 300…400°С , горячую - при полном нагреве до температуры 600…800°С.
|
|
|
Выбор способа и метода сварки зависит от требований, предъявляемых к сварному соединению, а в некоторых случаях - от производственных и технологических возможностей предприятия.
1.3. Горячая сварка чугуна
Сущность способа заключается в подогреве чугуна до 600…650°С, выполнению сварки при этой температуре и последующем медленном охлаждении. Техпроцесс сварки состоит из следующих операций:
- Подготовка изделия под сварку, которая включает выполнение следующих работ: очистка от загрязнений; слесарно-механическая обработка (засверливание концов трещин, разделка кромок, придание правильной геометрической формы); Нагрев до 600…650°С в специальных печах или газовым пламенем.
Сварка детали выполняется кислородно-ацетиленовым пламенем с небольшим избытком ацетилена, ручной дуговой сваркой электродами марки НЧ-1, НЧ-2 или полуавтоматической сваркой порошковой проволокой ППЧ-3. В качестве присадочного материала при газовой сварке применяют стержни диаметром 6..8 мм, отлитых из серого чугуна с повышенным содержанием кремния (до 3…3,5 %). Для защиты наплавленного металла от окисления применяют флюс, состоящий из 50% буры и 50% двууглекислого натрия. На ремонтных предприятиях наибольшее распространение получила холодная сварка чугуна.
|
|
|
1.4. Холодная сварка чугуна
При холодной сварке чугуна применяют ручную и полуавтоматическую сварку плавящимся электродом без предварительного нагрева детали.
Для ручной сварки чугуна применяют следующие марки электродов:
- ЦЧ-4 изготовлены из проволоки Св-08А с толстым покрытием, содержащим титан.
- ОЗЧ-1, ОЗЧ-2 – медно-железные электроды. Стержень ОЗЧ-1
изготавливается из меди М2 или М3, а ОЗЧ-2 –из сплава 80…95 % меди и 5…20 % железа. Эти электроды обеспечивают хорошую обрабатываемость шва и достаточную прочность сварного соединения.
- МНЧ-1, МНЧ-2 - медно-никелевые электроды, стержень состоит из
30…37 % меди и 70…63 % никеля (монель-металл), температура плавления которого равна 1260…1340°С, что соответствует температуре плавления чугуна. Благодаря этому обеспечивается хорошее сплавление с чугуном.
Все электроды имеют фтористо-кальцевое покрытие типа УОНИ-13/55.
Сварку рекомендуется выполнять электродами диаметром 3…4 мм на
|
|
|
постоянном токе обратной полярности при напряжении на дуге 20…25 В и силе сварочного тока 120…150 А короткими участками 20…50 мм с последующей проковкой молотком.
Полуавтоматическую сварку серого и ковкого чугуна можно
выполнять самозащитной проволокой ПАНЧ-1 и ПАНЧ -2 на основе никеля диаметром 1…1,2 мм на постоянном токе прямой полярности при напряжении на дуге 16…18 В и силе сварочного тока 80…120 А.
Для полуавтоматической сварки чугуна применяют также порошковые проволоки ППЧ-1, ППЧ-2 и ППЧ-3 диаметром 2,8…3,0 мм на постоянном токе обратной полярности в среде углекислого газа, а также самозащитная проволока Св-15ГТЮЦА (ГОСТ 2246-70). При заварке трещин концы трещины на расстоянии 3…5 мм засверливают сверлом диаметром 3…4 мм, при толщине детали более 4мм делают разделку кромок с углом раскрытия около 90 град. для получения проплавления на всю толщину детали, затем выполняют сварку выбранным способом.
При ремонте пробоин поверхность по периметру зачищают от коррозии, обрабатывают острые кромки и вырезают накладку по форме пробоины из стали Ст.3 толщиной 2…3 мм с таким расчетом, чтобы кромки пробоины были перекрыты на 10…15 мм. Затем приваривают по периметру электродуговой сваркой.
1.5. Порядок наложения сварных швов
Заварку трещин тонкостенных деталей выполняют короткой дугой участками 30…40 мм от середины к концам с проваркой корня шва. По окончании сварки кратер следует вывести на шов и проковать шов. Если трещина разветвлена, то сначала заваривают отверстия, а затем трещину.
Приваривать ремонтные детали следует вразброс участками длиной 30…50 мм по всему контуру. Каждый следующий участок начинают заваривать после проковки и охлаждения предыдущего до температуры 50…60 °С.
При заварке резьбовых отверстий применяют ток на 10…20 А большей величины, чем рекомендуется для сварки электродом выбранного диаметра. Глубокие отверстия заваривают с двух сторон. Все отверстия заваривают с усилением шва на 2…3 мм, проковывая наплавленный металл.
1.6. Восстановление чугунных деталей наплавкой
При ремонте автомобилей часто требуется восстанавливать изношенные поверхности деталей, изготовленных из чугуна. К таким деталям относятся коленчатые и распределительные валы. Технологии наплавки, разработанные для восстановления стальных валов, неприемлемы. В настоящее время разработано несколько способов наплавки чугунных валов
Двухслойная наплавка по технологии НИИАТ. Первый слой наплавляется проволокой Св-08А диаметром 1,6 мм под флюсом АН-348А с введением во флюс 2,5 части графита, 2 части феррохрома и 0,25 части жидкого стекла. Первый слой дает твердость НРС 35…38, а второй слой – НРС 52…62 с небольшой пористостью.
Наплавка под флюсом по подложке. Шейка вала обвертывается лентой из м/у стали толщиной 0,8…1,0 мм и прижимается к ней. После наплавки по такой оболочке на поверхности шейки образуется слой металла с малым содержанием углерода. Затем по этому слою получают наплавкой слой заданного качества.
Наплавка порошковой проволокой в два слоя. Первый слой наплавляют м/у порошковой проволокой, а второй – легированной проволокой на режиме: напряжение (20…22)В, ток 150…180А, полярность обратная.
Вибродуговая наплавка деталей из ковкого и обычного чугуна (ступицы колес, стаканы подшипников, картеры редукторов, чашки дифференциала и др. детали автомобилей) и из легированных чугунов самозащитной проволокой Св-15ГСТЮЦА диаметром 0,8 или 1,0 мм на постоянном токе обратной полярности.
Электроконтактная приварка стальной ленты. Применяют ленту из высокоуглеродистой стали (65Г, 80Г и др.) толщиной (0,3…0,8)мм с охлаждением водной эмульсией, что позволяет получать восстановленный слой с высокой твердостью, при этом практически отсутствуют тепловые деформации.
1.7. Другие способы устранения дефектов деталей из чугуна
Трещины и обломы можно устранять с помощью ввертывания в кромки свариваемых деталей стальных шпилек и последующей сварки обычными электродами.
Трещины в местах детали, которые не несут больших нагрузок, но нарушают герметичность, можно устранять пайкой латунными припоями марок ЛОК-59, Л-62 и другие с нагревом кислородно-ацетиленовым пламенем и применением флюса ФПСИ-2,содержащего 50% борной кислоты, 25% углекислого натрия и 25% углекислого лития. При пайке место пайки нагревают до (700…750)С, что ниже температуры плавления чугуна и не вызывает в нем структурные изменения и появление внутренних напряжений. Паяное соединение имеет высокие механические свойства, легко обрабатываюся и обеспечивают хорошую плотность и герметичность.
Мелкие трещины на поверхностях, не несущих силовых нагрузок, Можно устранять клеями, холодной сваркой, постановкой заплат на резьбовые крепежные детали с помощью уплотнителей (резины, герметиков и др.).
Изношенные поверхности корпусных деталей (отверстия под подшипники, Резьбовые отверстия и др.) часто восстанавливают постановкой дополнительной детали из чугуна, бронзы или стали с последующей обработкой под номинальные размеры.
29. Восстановление автомобильных деталей из алюминия сваркой и наплавкой.
Многие детали автомобилей изготавливают из сплавов алюминия типа АЛ4, АЛ9 и др. (головки блока, блоки цилиндров, поршни, корпуса водяных и масляных насосов, картеры сцепления и др. детали) благодаря их хороших литейных свойств, высокой механической прочности и теплопроводности, малого удельного веса, хорошей обрабатываемости и высокой коррозионной стойкости.
Характерными дефектами таких деталей являются трещины, сколы, пробоины, деформации и износы. Большинство из этих дефектов устраняется с помощью сварки и наплавки, а иногда пайкой, клейкой или постановкой ДРД.
Основной трудностью сварки алюминиевых сплавов является интенсивное окисление алюминия с образованием тугоплавких окислов с температурой плавления 2050°С , что более, чем в 3 раза, выше температуры плавления чистого алюминия, равной 659°С . Окислы алюминия имеют большой удельный вес, поэтому не всплывают на поверхность сварочной ванны и остаются в наплавленном металле в виде включений и снижают его прочность. Окисная пленка препятствует расплавлению основного металла и проволоки и их взаимному сплавлению.
Таким образом, когда алюминий находится в жидком состоянии, его поверхность покрыта твердым, плотным и химически очень стойким окислом, который не позволяет вступить расплавленному присадочному металлу в контакт с основным, а присадочный металл, тоже имеющий твердую окисную пленку, свертывается в шарик и скатывается с детали. Поэтому при сварке алюминиевых сплавов необходимо удалить окисную пленку на поверхности детали и присадочной проволоки. Достигается это катодным распылением в атмосфере инертного газа (аргона или гелия) или растворением окислов во флюсе, содержащем фториды щелочных металлов.
Остатки флюса после сварки, являющимися едкими щелочами, вызывают коррозию алюминия, поэтому их следует смыть горячей водой, а сварной шов зачистить металлической щеткой.
Для восстановления деталей из алюминиевых сплавов применяют дуговую сварку в среде инертного газа (аргона) неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся (проволокой из сплава алюминия) электродом или электродом с покрытием, газовую кислородно-ацетиленовую сварку с применением флюсов. Наиболее надежным способом восстановления деталей из алюминиевых сплавов является аргонно-дуговая сварка.
2.1. Аргонно-дуговая сварка деталей из алюминиевых сплавов
При восстановлении деталей из сплавов алюминия обычно применяют аргонно-дуговую сварку неплавящимся электродом. В качестве присадочного материала применяют проволоку из алюминиевого сплава, содержащего кремний ( Св-АК5, Св-АК10, Св-АК12 и др.).
Для восстановления автомобильных деталей используют специальные установки УДГ-301, УДГ-501, УДАР-500, работающие на переменном токе.
Параметрами режима аргонно-дуговой сварки являются диаметр электрода, диаметр выходного отверстия сопла, сила сварочного тока, напряжение на дуге и расход аргона, которые выбираются в зависимости от толщины детали. Перед сваркой поверхность детали зачищают металлической щеткой по всей длине и шириной не менее 30мм. Затем концы трещин засверливают и при толщине деталей более 5мм делают разделку кромок. Присадочную проволоку очищают химическим способом и используют в течение 8 часов, то есть в пределах одной смены.
2.2. Ручная дуговая сварка деталей из алюминиевых сплавов
Ручная дуговая сварка алюминиевых сплавов производится электродами ОЗА-1 и ОЗА-2, сердечник которых изготавливается из проволоки Св-АК5 или Св-АК10. Покрытие (обмазка) электродов обладает большой способностью к влагопоглощению, поэтому перед применением их прокаливают при температуре 200…230°С в течение 1…2 ч . Данный способ рекомендуется для сварки в нижнем положении на постоянном токе обратной полярности. Толщина свариваемого материала определяет диаметр электрода. Минимальный диаметр электрода 4мм. Подготовка деталей к сварке такая же, как и при аргонно-дуговой сварке. Величину сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра электрода. Для диаметра 4мм сила тока составляет 120…160А, а для 5мм – 160…220А. Технология выполнения сварки такая же, что и при ручной сварке сталей.
2.3. Газовая сварка деталей из алюминиевых сплавов
Газовую сварку деталей из алюминиевых сплавов можно вести с использованием ацетилена или пропан-бутановой смеси нормальным или слегка восстановительным пламенем с использованием флюсов.
В качестве присадочного материала применяются те же проволоки, что и при аргонно-дуговой сварке (Св-АК5, Св-АК10, Св-АК12) или прутки, отлитые из выбракованных деталей. Диаметр присадочной проволоки устанавливают в зависимости от толщины свариваемого материала. Основной недостаток газовой сварки – большое тепловое воздействие на свариваемый материал, приводящее к изменению его структуры и сказывающееся на свойствах сварного соединения.
Подготовка деталей к сварке такая же, как и при аргонно-дуговой сварке. Для удаления окисных пленок применяют раскисляющие флюсы АФ-4А и АФ-34А, которые перед работой разводят водой до сметанообразного состояния, наносят кистью на поверхности кромок свариваемых деталей и методом окунания на присадочную проволоку и используют в течение смены. Флюсы вызывают коррозию шва и основного металла, поэтому после окончания сварки остатки флюса смывают теплой водой , а поверхность шва и около шовной зоны тщательно зачищают стальной щеткой до блеска. Флюс перед употреблением рекомендуется прокалить в течение 1 часа при температуре 200°С.
Газовую сварку и наплавку деталей из алюминиевых сплавов применяют при отсутствии оборудования и материалов для дуговой сварки или электроэнергии.
30. Восстановление автомобильных деталей напылением .
Напыление является одним из способов нанесения металлических покрытий на изношенные поверхности ремонтируемых деталей.
История способа. В Австрии был меткий стрелок Шолл. После многих стрельб при осмотре мишени он обнаружил эффект нанесения на поверхность камня металла пуль. Сегодня данный способ восстановления можно встретить в литературе как «Шоллопирование».
В зависимости от вида тепловой энергии, используемой в аппаратах для расплавления присадочного материала, различают следующие способы напыления:
газопламенное;
электродуговое;
высокочастотное;
детонационное;
плазменное;
ионно-плазменное.
Металлизация (напыление) – это процесс нанесения на подготовленную поверхность струей сжатого газа распыленных и разогретых частиц металла, имеющих достаточную кинетическую энергию. При соударении с поверхностью детали происходит дополнительное выделение теплоты, деформация частиц, тепловое и механическое разрушение оксидной пленки детали.
Длительность процесса соударения (торможения) очень мала, поэтому кинетическая энергия частицы почти полностью превращается в тепловую: локальный разогрев поверхности детали, разрушение оксидной пленки, пластическое деформирование микронеровностей поверхности детали и частиц обеспечивают появление адгезии (прилипания) и заклинивания частиц в микронеровностях поверхности.
Основными достоинствами напыления, как способа ремонта деталей являются:
высокая производительность процесса;
слабый нагрев деталей (120-1800С при малой толщине напыления);
высокая износостойкость покрытия;
простота технологического процесса и применяемого оборудования;
возможность нанесения покрытия толщиной от 0,1 до 8-10 мм из любых материалов и сплавов.
К недостаткам процесса следует отнести:
пониженную механическую прочность покрытия;
сравнительно невысокую прочность сцепления его с поверхностью детали;
значительные потери наносимого металла.
А. Газотермическое напыление.
Плавление напыляемого металла осуществляется ацетиленокислородным пламенем, а его распыление – струей сжатого воздуха. Напыляемый материал в виде проволоки подается специальным аппаратом через центральное отверстие горелки и, попадая в зону пламени с наибольшей температурой, расплавляется. Проволока подается с постоянной скоростью роликами, приводимыми в движение встроенной в аппарате воздушной турбиной через червячный редуктор.
Металлический порошок, поступающий из бункера, разгоняется потоком транспортирующего газа и на выходе из сопла попадает в пламя, где нагревается до необходимой температуры. Горючим газом может быть ацетилен или пропан-бутан.
Для напыления используются аппараты МГИ-4А, МГН-4П, УГМ-1. Для напыления тугоплавких порошковых материалов применяют установку УПН-8-68, которая работает на ацетиленокислородном пламени, а транспортирующим газом служит кислород. Преимуществами газопламенного газотермического напыления являются:
небольшое окисление металла;
хорошее распыление;
относительно высокая прочность покрытия.
К недостаткам следует отнести сравнительно невысокую производительность процесса (2-4 кг/ч).
Б. Электродуговое напыление Плавление металла осуществляется электрической дугой, горящей между двумя проволоками, а распыление – струей сжатого воздуха. Привод для подачи проволоки в электрическую дугу в ручных аппаратах осуществляется от воздушной турбинки, а в станочных – от электродвигателя.
В. Высокочастотное напыление.
Плавление исходного материала покрытие (проволоки) происходит за счет индукционного нагрева, распыление – струей сжатого воздуха или азота. Головка высокочастотного аппарата для напыления имеет индуктор, который питается от генератора ТВЧ, и концентратор вихревых токов, который обеспечивает плавление проволоки на небольшом участке ее длины.
Г. Детонационное напыление.
При этом способе напыления расплавление металла, его распыление и перенос на поверхность детали происходит за счет энергии взрыва смеси ацетилена и кислорода. При ударе о деталь кинетическая энергия порошка переходит в тепловую, при этом частички порошка разогреваются до температуры плавления.
Д. Плазменное напыление.
Для распыления и переноса металла на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи.
Плазма представляет собой частично или полностью ионизированный газ, нагретый до очень высокой температуры и обладающий благодаря ионизации свойством электропроводности.
Для того чтобы получить плазменную струю между анодом и катодом, возбуждают электрическую дугу и в зону ее горения вводят плазмообразующий газ, который, проходя через дуговой промежуток, нагревается и ионизируется, т.е. распадается на положительно и отрицательно заряженные ионы.
При напылении в качестве плазмообразующего газа применяют азот.
Е. Ионо-плазменное напыление.
Ионо-плазменное напыление используется, как правило, как упрочняющая операция для получения тонких, но износостойких покрытий.
При этом способе напыления детали помещают в вакуумную камеру, в которой напыляемый металл за счет тепла электрической дуги переводится в плазменное состояние. Положительно заряженные частицы металлической плазмы с большой скоростью перемещаются в электромагнитном поле к поверхности детали (катоду) и образуют покрытие. В вакуумную камеру вводится реактивный газ (азот), за счет взаимодействия, с которым частиц металлической плазмы происходит улучшение свойств покрытия.
Ж. Плазменное напыление с оплавлением покрытия
Все свойства плазменных покрытий могут быть значительно улучшены путем введения в технологический процесс восстановления деталей сравнительно простой операции – оплавления покрытия.
При этом плавится лишь наиболее легкоплавкая составляющая сплава. Металл детали лишь подогревается, но остается в твердом состоянии.
Жидкая фаза способствует более интенсивному протеканию диффузионных процессов. В результате сплавления значительно повышается прочность сцепления покрытия с деталью, увеличивается механическая прочность, исчезает пористость, повышается износостойкость покрытия и сопряженных с ним деталей.
В заключении, следует отметить, что металлизация (напыление) применяется для восстановления деталей широкой номенклатуры и в качестве способа антикоррозионной защиты (напыление алюминия, цинка).
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1784; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!