Восстановление деталей применяется при отсутствии запасных частей. Экономичность такого метода заключается в том, что восстановление может обходиться дешевле, чем изготовление новой детали.
Стоимость восстановления детали обычно составляет 10…25 % стоимости изготовления новой детали, а для базовых деталей сложной конфигурации – 5…10 %.
Выбор способа восстановления определяется величиной и характером износа, необходимой термообработкой, конструктивными особенностями, размерами и характером нагрузок, действующих на деталь.
Оптимальным может быть такой способ восстановления детали, при котором обеспечивается максимальный срок ее службы при приемлемых затратах. Возможны следующие способы устранения повреждений детали. Повреждение целостности детали исправляют с помощью сварки и накладок. Геометрическая форма и размеры деталей восстанавливаются с помощью наплавки, металлизации, электрического наращивания металла, а также методом пластических деформаций и правкой.
7.1. Восстановление деталей сваркой
Для ремонтных целей применяются разнообразные способы сварки – дуговая ручная, электрошлаковая, автоматическая или полуавтоматическая в углекислом газе и под флюсом, ацетиленокислородная и др.
При подготовке к сварке стальных деталей проводится разделка кромок до полного удаления трещин. Разделка выполняется механическим способом (рубка, фрезерование, проточка), газовой резкой и выплавкой электрической дугой. Когда объем удаляемого металла велик, целесообразно на дефектный участок вварить вставку из металла, близкого по составу к основному.
Дефекты корпусов стальных аппаратов проявляются в образовании выпучин и трещин. Выпучины возникают при перегреве корпуса в результате обрушения футеровки или снижения уровня хладагента. Трещины образуются под воздействием напряжений при сопутствующем влиянии коррозии. Трещины необходимо заварить. При расхождении кромок трещины более 15 мм устанавливается заплата. Во избежание термического влияния сварки двух продольных швов ширина заплаты должна быть не менее 250 мм.
При заварке дефектов корпуса аппарата из двухслойной стали сначала осуществляется разделка кромок и заварка основного слоя, а затем плакирующего. Однако при ремонте не всегда имеется возможность проведения сварки с внутренней стороны аппарата, т. е. со стороны плакирующего слоя. В этом случае после разделки кромок сварка обоих слоев ведется с наружной стороны аппарата. Плакирующий слой наносится в среде аргона первым. Затем в этой же среде наносится разделительный шов с использованием в качестве присадки армко-железа. В последнюю очередь наносится основной слой. При этом электроды должны соответствовать марке свариваемого металла.
7.2. Наплавка
Наплавка – наиболее доступный и распространенный способ восстановления деталей. Процесс восстановления складывается из наплавки, отжига и механической обработки детали на номинальный размер.
Наплавка позволяет нарастить на изношенной поверхности достаточный слой металла, обладающий не меньшей прочностью, чем металл восстанавливаемой детали. Наплавка может проводиться на цилиндрических, плоских и фасонных поверхностях. Износостойкость наплавленного слоя может быть выше износостойкости металла детали, если электроды или присадочные прутки изготовлены из твердых сплавов. Значительная толщина наплавленного слоя достигается многослойной наплавкой.
Недостаток наплавки þ коробление деталей из-за напряжений, возникающих вследствие местного нагрева детали.
Для устранения коробления проводят:
1) подогрев наплавляемой детали до температуры 100…400 °С;
2) наложение сварочных валиков обратноступенчатым швом на цилиндрической детали или вразброс небольшими участками на плоской детали;
3) термообработку после наплавки.
Метод восстановления деталей наплавкой применяется для стальных, чугунных, бронзовых, свинцовых деталей, а также для баббитовых вкладышей подшипников скольжения.
Наплавка деталей из цветных металлов представляет большие трудности, т. к. эти металлы интенсивно окисляются. Для предотвращения окисления используется защитная среда þ флюсы, инертные газы.
Для предупреждения образования трещин в наплавленном слое осуществляется подогрев детали с помощью газовой горелки до температуры 250…280 °С. Для предупреждения образования пор порошковая проволока перед наплавкой прокаливается 1,5…2 часа при температуре 200…250 °С.
При наплавке под слоем флюса электрическая дуга образуется в замкнутом пространстве. Расплавленный металл остается длительное время в жидком состоянии, что способствует выделению газов и удалению шлака из расплава. Металл получается более однородным и плотным, с низким содержанием кислорода. Этот вид наплавки применим для деталей диаметром более 50 мм, получающих при эксплуатации большой износ. Толщина слоя наплавляемого металла является практически неограниченной.
Для защиты расплавленного металла от окисления при наплавке используются флюсы. Некоторые флюсы, обладающие химическим действием, образуют с окислами металлов легкоплавкие соединения меньшей плотности, чем расплавленный металл, и всплывают на поверхность в виде шлака. Составы флюсов: бура þ 100 %; бура 50 % и борная кислота 50 %; бура 50 %, двууглекислый натрий 47 % и кремнезем 3 % и др. Некоторые флюсы растворяют окислы металлов и также всплывают на поверхность в виде шлака.
Дефекты наплавки проявляются в пористости наплавленного слоя в результате выделения газа из жидкого металла при кристаллизации ванны. Уменьшение пористости достигается понижением скорости наплавки, повышением температуры детали, использованием постоянного тока обратной полярности, применением раскислителей (титана, алюминия, кремния, марганца).
Cущность этого способа состоит в том, что между наплавляемой деталью и вибрирующей электродной проволокой, подаваемой к месту наплавки, периодически возбуждается дуга. За счет дуги происходит оплавление конца электрода и поверхности детали, на которой образуется ванночка расплавленного металла. К месту наплавки непрерывно подается охлаждающая жидкость, в качестве которой применяют следующие водные растворы: 20-30 %-й раствор глицерина; 6 %-й раствор кальцинированной соды; 4-5 %-й раствор глицерина и 3-4 %-й раствор кальцинированной соды; 0,5 %-й раствор глицерина, %-й раствор кальцинированной соды и 1 %-й раствор хозяйственного мыла.
Жидкая среда защищает металл от кислорода воздуха, и за счет резкого охлаждения обеспечивается высокая твердость и износостойкость наплавленного слоя.
Вибрация электродной проволоки осуществляется с помощью механического и электромагнитного вибратора с частотой 50…100 Гц.
Вибродуговая наплавка обеспечивает получение наплавленных слоев толщиной 0,1…3,0 мм. При такой наплавке деталь прогревается на глубину, равную примерно толщине наплавляемого слоя, поэтому практически не наблюдается коробление деталей.
Преимущества способа: простота; высокая производительность и экономичность; возможность наплавлять детали малых диаметров; незначительные деформации деталей благодаря вибрации электрода; достижение высокой твердости наплавки без последующей термической обработки.
Основные недостатки: снижение усталостной прочности деталей и сложность последующей обработки.
Вследствие большой газонасыщенности наплавленного металла исключена возможность повторной наплавки другими способами без предварительного полного удаления покрытия, полученного вибродуговым способом. Вибронаплавка применяется для восстановления только наружных цилиндрических поверхностей, а не внутренних.
7.2.2. Плазменная наплавка
Плазма представляет собой высокотемпературный, сильно ионизированный газ. Она создается возбуждаемым между двумя электродами дуговым разрядом, через который пропускается газ в узком канале. Присадочный материал может подаваться в виде проволоки, ленты или порошка. В качестве плазмообразующего газа используется аргон. Плазменная наплавка позволяет значительно повысить износостойкость деталей. Это объясняется минимальным проплавлением основного металла в процессе наплавки порошковых сплавов, что обеспечивает получение необходимых свойств наплавки уже в первом слое.