Общие сведения о восстановлении

Общие сведения о восстановлении

Известно, что причиной отказов большинства сборочных еди­ниц и типовых соединений является износ. Локомотив — сложная машина с множеством взаимно перемещающихся и трущихся де­талей, которые в процессе эксплуатации изнашиваются. При этом меняются рабочие характеристики, появляются ненормальные сту­ки, вибрации, нагрев, снижаются мощность и КПД, увеличивает­ся опасность аварии или крушения. Поэтому перед работниками локомотиворемонтных предприятий чаше всего возникает вопрос: как вернуть начальные размеры, восстановить геометрическую фор­му и поверхностные свойства деталям? Эту задачу можно решить двумя принципиальными путями:

— изменением номинального (первоначального) размера дета­ли с целью получения нормальной геометрической формы, что достигается, как правило, механической обработкой поврежден­ной поверхности;

- восстановлением номинальных размеров и формы детали пу­тем наращивания их поверхности различными способами, с пос­ледующей механической, тепловой или химико-термической об­работкой.

Для восстановления изношенных деталей существует много ме­тодов (рис. 4.1). В локомотиворемонтном производстве наиболь­шее распространение получили: электродуговая или газовая на­плавка; металлизация; электроискровая обработка; обработка дав­лением; электролитическое покрытие; нанесение на поверхность пленок из полимерных материалов. В отдельных случаях исполь­зуют метод ремонтных втулок, когда сильно изношенную повер­хность валика, шипа или отверстия какой-либо детали обтачива­ют (или растачивают) и с натягом ставят втулки, обрабатывая за­тем их под номинальный размер.

Рис. 4.1. Классификация способов восстановления деталей

 

Для восстановления значительного износа деталей используют­ся различные виды электродуговой наплавки; ручная, автоматичес­кая и полуавтоматическая, под слоем флюса, в среде защитных га­зов, вибродуговая и т.п.

Ручная наплавка

Ручная наплавка — простой, но малопроизводительный способ, который не дает стабильного качества слоя. Возникающие при на­плавке большие термические напряжения вызывают деформирова­ние (коробление) детали. Но значительная часть наплавочных работ выполняется ручным способом, так как автоматическая и по­луавтоматическая наплавка целесообразна при достаточно больших объемах наплавочных работ, т.е. на ремонтных заводах, депо и в центральных ремонтных мастерских, поэтому там, где возможно, процесс наплавки автоматизируют.

Ручную наплавку стальных деталей выполняют на обычном сва­рочном оборудовании для ручной сварки с питанием постоянным током (от сварочных генераторов) или переменным током (от сварочных трансформаторов). При наплавке постоянным током дуга более устойчива. Наплавку можно выполнять на прямой полярности (деталь подключена к положительному полюсу) и на обратной полярности (деталь подключена к отрицательному полюсу). В последнем случае деталь меньше нагревается и не деформируется. Ю- этому наплавку предпочтительнее вести на постоянном токе при обратной полярности.

Для ручной наплавки обычно применяют электроды, представляющие собой металлические стержни, покрытые специальными составами - обмазками. Выбор электрода зависит от материала детали На электродах указывают условные обозначения тип, марку диаметр, группу индексов и ГОСТ. Тип электрода характеризует его основное назначение (наплавка), марка соответствует виду обмазки. Для наплавки деталей из углеродистых и низколегированных сталей применяют электроды с обмазкой марок O3H-30U, ОЗН-400У ОЗН-500У (числа обозначают твердость наплавленного слоя в единицах Бринелля). Для наплавки деталей, подвергающихся интенсивному абразивному изнашиванию, применяют электроды с обмазкой 12АН-ЛИИВТ. Изношенные детали из высокомарганцовистых сталей типов Г13, Г13Л наплавляют электродами с обмазкой ОМГ-Н. Во всех случаях металлические стержни электродов должны быть из легированной проволоки.

При ручной наплавке поддерживают напряжение тока 18 -35 В. Сварочный ток устанавливают в зависимости от толщины наплавляемого слоя и материала детали. Например, при наплавке деталей из углеродистых сталей и толщине наплавляемого слоя 2 мм ток должен быть 170-200 А, а при наплавке такого же слоя на детали из среднелегированной стали ток устанавливают в пределах 110-140 А.

Производительность ручной наплавки 0.8-1 кг/ч наплавленно­го металла. Применение стендов-кантователей повышает произво­дительность и облегчает выполнение вспомогательных работ (установку, поворот деталей).

 

Направление наплавки

 

 

Рис. 4.2. Схема наплавки металличе­ским электродом с дополнительной присадкой:

I присадочный пруток; 2 — основной электрод; 3— основной металл; 4— на­плавленный металл

При большем объеме работы для повышения производительнос­ти применяют наплавку с присадочным прутком, пучком электро­дов. трехфазной дугой (рис. 4.2). В первом случае в зону электричес­кой дуги вводят присадочный пруток, который периодически прижимается сварщиком к кромке электрода. При этом дуга начинает гореть между прутком и деталью. Производительность повышается на 30—40 %.

При наплавке пучком электродов образуется блуждающая дуга, которая переходит автоматически с электрода на электрод по нескольку раз в секунду. При этом снижается глубина проплавления основного металла. Производительность увеличивается на 50—80 % благодаря увеличению количества одновременно расплавляемого электродного металла.

Ручную наплавку трехфазным током осуществляют двумя параллельными изолированными один от другого электродами, расположенными в двухфазном электродержателе. Третью фазу подводят к наплавляемой детали, в результате чего возбуждаются и горят одновременно три однофазных дуги в одном факеле что придает большую устойчивость дуге. Производительность повышается в 2—5 раз.

Технология ручной наплавки такая же, как при ручной сварке. В зависимости от степени износа деталь наплавляют за один, два и более проходов. При многослойной наплавке больших поверхностей рекомендуется во избежание коробления детали применять обратноступенчатый способ: валики одного слоя накладывают поперек направления валиков ранее наложенного слоя. Наплавка должна производиться на основной металл. При ранее выполненной наплавке старый слой необходимо удалить одним из слесарно-механических способов.

Недостатки ручной наплавки: неоднородное качество наплавленного металла по длине шва, что в значительной степени зависит от квалификации сварщика; наплавляемый слой обычно составляет не менее 2—3 мм, тогда как износ деталей часто бывает значительно меньше, поэтому до 80 % наплавленного металла впоследствии уходит в стружку; производительность ручной наплавки низка; расход электроэнергии в 2—4 раза больше, чем при автоматической наплавке под слоем флюса.

Чугунные детали можно восстанавливать электродуговой и газовой сваркой и наплавкой. Выбор способа восстановления зависит от вида дефекта (трещины, отколы, износ), формы детали и условий ее работы.

При сварке и наплавке деталей из чугуна возникает ряд затруднений, обусловленных его химическим составом и структурой. Из-за этого чугун относят к ограниченно свариваемым металлам. Особенности свойств чугуна могут способствовать появлению трещин, пористого шва, закаленных и отбеленных зон, вызывать плохое сплавление присадочного металла с основным. Для получения качественных сварных соединений важна правильная подготовка дефектного места детали под сварку (наплавку). К таким мерам относят вырубку и зачистку трещин, засверловку их концов, зачистку скосов и т.п.

Чугунные детали можно сваривать с предварительным подогревом всей детали (горячая сварка), местным подогревом и без подогрева (холодная сварка). Горячая сварка позволяет уменьшить влияние внутренних напряжений (появление трещин) и предупредить закалку околошовной зоны. При этом способе деталь медленно нагревают в печи до температуры 550—600 °С. Затем во избежание остывания деталь помещают в теплоизоляционный кожух и ведут сварку через окно в кожухе. Восстановленную деталь повторно помещают в печь, нагревают до 600-650 °С и дают остыть вместе с печью. Горячую сварку обычно производят ацетиленокислородным пламенем с присадочным материалом — чугунными прутками и флюсом - бурой. Этот способ сложен, малопроизводителен, применяется для восстановления сложных корпусных деталей. Холодную сварку более широко применяют в ремонтной практике. Трещины заваривают пучком электродов или электродами из сплава монель-металл.

Пучок электродов обычно состоит из одного стального электрода с обмазкой УОНИ-13/15 и двух медных прутков. Отбеливание зоны около шва при сварке этим способом уменьшается в результате повышенного содержания меди в сварочной ванне. Сварку следует вести наложением поперечных швов вразброс короткими участками от холодного металла к горячему. При этом очередной участок заварки должен находиться как можно дальше от преды­дущего.

Сварку электродами МНЧ-1 из монель-металла рекомендуется применять в тех случаях, когда необходима последующая механи­ческая обработка места заварки. Монель-металл, содержащий 25— 30 % меди и 60—70 % никеля, попадая в сварочную ванну, умень­шает отбеливание. Сварку производят на малых токах обратной полярности короткими валиками (30-50 мм) малого сечения с проковкой их в горячем состоянии, что позволяет устранить на­пряжение от усадки при остывании металла шва.

Чугунные детали можно наплавлять под флюсом на расплав­ляемой металлической оболочке. Сущность способа: поверхность, подлежащую наплавке, плотно обертывают тонкой металлической оболочкой, прижимают к наплавляемой поверхности и привари­вают в двух точках.

Автоматическая наплавка

Автоматическую наплавку осуществляют непосредственно по металлической оболочке. Остальной процесс ведется, как при на­плавке под флюсом. При полуавтоматической наплавке автомати­зирована только подача электродной проволоки в зону дуги, а при автоматической — подача электрода, а также продвижение дуги вдоль накладываемого шва. В результате повышается производи­тельность труда и улучшается качество шва.

Оболочки изготовляют из листовой декапиршзанной (очищен­ной от оксидов) стали толщиной 0,8-0,9 мм. Перед установкой оболочки ее очищают и обезжиривают. В процессе наплавки обо­лочка полностью расплавляется и обеспечивает проплавление по­верхности детали на глубину не более 1 мм. Такой способ приме­няют при наплавке коленчатых валов дизеля 10Д100, изготовлен­ных из высокопрочного чугуна.

Для восстановления чугунных деталей целесообразно также при­менять вибродуговую наплавку в потоке воздуха. При этом исполь­зуют основное оборудование для вибродуговой наплавки в жидкости.

Восстановление деталей из сплавов алюминия является слож­ным процессом, так как алюминий плохо сваривается, при охлаж­дении после сварки склонен к образованию трещин, а также появ­лению пор в сварочных швах.

Для восстановления применяют главным образом аргонодуговую сварку неплавящимися вольфрамовы­ми электродами с присадочными прутками из того же сплава, что и основной металл. Сварку ведут на переменном токе в защитной газовой среде (аргон). Шов получается прочным, без пор. Пред­варительный нагрев требуется только для деталей сложной формы (например, блок цилиндров). Установка для аргонодуговой свар­ки УДГ состоит из трансформатора с дросселем, шкафа управле­ния, газового баллона с редуктором.

Вибродуговая наплавка

Наплавка вибродугоным способом является разновидностью ав­томатической и отличается от нее тем, что электрод во время на­плавки постоянно вибрирует. Вибрация электрода облегчает зажи­гание дуги и делает процесс наплавки более устойчивым. В про­цессе наплавки деталь нагревается незначительно, поэтому де­формации ее малы и, следовательно, не нарушается термическая обработка на участках детали вблизи места наплавки. После на­плавки не требуется термическая обработка детали, так как в про­цессе наплавки под действием охлаждающей жидкости происходит закалка наплавленного слоя. Толщину слоя наплавки можно регу­лировать в пределах от 0,5 до 2 мм на сторону. Для повышения из­носостойкости наплавленного слоя используют легирующие флю­сы. Основное преимущество вибродуговой наплавки заключается в возможности надежного наплавления тонких слоев на изношен­ные места. При значительных износах лучше использовать обыч­ные способы наплавки.

Вибродуговая наплавка (рис. 4.5) отличается от других сварочных процессов наличием колебаний электродной проволоки с час­тотой 50-100 Гц и низким напряжением источника сварочного то­ка. Цикл наплавки состоит из переноса металла электродной про­волоки на деталь за счет чередования электрических разрядов и коротких замыканий цепи. Введение индуктивности в цепь дуги обеспечивает накопление электрической энергии в индуктивности во время разомкнутого состояния цепи, сдвиг фаз тока и напряже­ния, поэтому переход тока через нуль происходит при наличии на­пряжения источника питания и возникновении электродвижущей силы самоиндукции, которая совпадает по направлению с напря­жением источника питания. Это обеспечивает повторное возник­новение дугового разряда после разрыва сварочной цепи и устой­чивое горение дуги.

Электрод и деталь оплавляются во время дугового разряда, при этом на конце электрода образуется капля металла. Мелкокапельный перенос металла на деталь происходит преимущественно во время короткого замыкания. Длительность существования дуги со­ставляет 20 % времени цикла, поэтому провар основного металла неглубокий, с небольшой зоной термического влияния.

 

Рис. 4.5. Схема вибродуговой наплавки:

1 - кассета для проволоки; 2 — подающие ролики; 3 — качающийся мунд­штук; 4 — система подачи раствора; 5 — наплавленный слой; 6 — восстанав­ливаемая деталь; 7— емкость; 8 — индуктивное сопротивление

 

 

 

Вибродуговую наплавку применяют для восстановления изно­шенных поверхностей стальных и чугунных деталей довольно ши­рокой номенклатуры. В состав оборудования для вибродуговой на­плавки входит переоборудованный токарный станок, обеспечива­ющий медленное вращение детали, наплавочная головка и источ­ник сварочного тока.

В качестве наплавочных головок используют те же механизмы, что и при автоматической наплавке под слоем флюса. В них из­менена только конструкция мундштука и отсутствует устройство для подачи флюса.

Одной из новых разработок для вибродуговой наплавки явля­ется головка ОКС-6569М ГОСНИТИ. Устройство предназначено для наплавки деталей диаметром более 15 мм, имеющих износ от 0,5 до 3 мм. Наплавка производится в среде жидкости или угле­ кислого газа проволокой сплошного сечения диаметром от 1,2 до 3 мм. Головка пригодна также для наплавки порошковой прово­локой. При использовании специальной проволоки Св-15 наплав­ку ведут при отключенном вибраторе.

В качестве источников сварочного тока при вибродуговой на­плавке используют то же оборудование, что и при автоматичес­кой наплавке под слоем флюса. Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от требуемых механических свойств на­плавленного металла. При наплавке стальных и чугунных деталей для получения слоя твердости 51—56 HRC применяют проволоку Нп-65, Нп-80. Для получения твердости 37—41 HRC наплавку ведут проволокой Нп-ЗОХГСА, а твердости 180—240 НВ — проволокой Св-08. Для наплавки слоя толщиной до 1 мм берут проволоку диа­метром 1,0—1,6 мм, толщиной до 2 мм — 1,6—2,0 мм. При наплав­ке заготовок из серого чугуна ведут двухслойную наплавку про­волокой Св-08, при этом расход жидкости составляет 0,02 л/мин.

Примерные режимы наплавки: ток обратной полярности силой 70—75 А, напряжением 12—30 В, диаметр проволоки 1,6 мм, шаг наплавки 2,3—2,7 мм/об (мм/дв. ход), угол подвода проволоки к детали 15—30°, скорость подачи проволоки менее 1,65 м/мин, ско­рость наплавки 0,50—0,65 м/мин. При токах менее 100 А в свароч­ную цепь последовательно с источником питания включают допол­нительную индуктивность 0,4—0,7 мГн.

При подготовке деталей поверхность, подлежащая наплавке, должна быть зачищена до металлического блеска. Зачистку дела­ют непосредственно перед наплавкой при помощи шлифовальной шкурки при тех же частотах вращения детали, что и при ее на­плавке. Биение наплавляемой поверхности не должно превышать 0,5 мм. При большем изгибе детали ее перед наплавкой необходи­мо выправить либо обработать на станке. Поврежденные резьбо­вые отверстия перед наплавкой необходимо обработать до полно­го удаления старой резьбы.

Вибродуговую наплавку осуществляют на постоянном токе об­ратной полярности. Оптимальное напряжение при наплавке 17 — 20 В.

Для охлаждения детали применяют 3—4 % раствор кальцинированной соды или 10—20 % раствор технического глицерина Количество жидкости, подаваемой в зону наплавки, регулируют краном, установленным на наплавочной головке. Струя жидкости не долж­на попадать в столб дуги, так как это нарушает процесс наплавки.

Толщина наплавляемого слоя зависит от соотношения скоро­стей подачи электродной проволоки и окружной скорости враще­ния детали: чем больше скорость подачи проволоки и меньше ок­ружная скорость вращения детали, тем толще будет наплавленный слой. С увеличением окружной скорости вращения детали наплав­ляемый валик металла при прочих равных условиях наплавки ста­новится тоньше и уже. При этом если толщина наплавленного слоя должна быть минимальной, то применяют тонкую проволоку, а ес­ли требуется получить более толстый слой, то применяют прово­локу большего диаметра.

Стабильность процесса наплавки контролируют по показаниям амперметра и по равномерности издаваемого звука. При нормаль­ном ходе процесса стрелка амперметра почти не колеблется и слы­шен равномерный характерный звук плавящейся проволоки. При неправильно выбранных режимах наплавки процесс идет при не­прерывном резком потрескивании, стрелка амперметра резко ко­леблется, шов получается прерывистым.

Качество полученного слоя наплавки зависит от ряда причин. Большая пористость наплавленного металла указывает на загряз­ненность охлаждающей жидкости либо недостаточно хорошую очистку поверхностей основного металла и проволоки. При слиш­ком большой окружной скорости детали в наплавленном металле образуется большое количество раковин.

После длительной работы наплавочной головки изнашиваются направляющая трубка мундштука, рифления подающего ролика в механизме подачи проволоки, ослабевает затяжка конусного болта шатуна наплавочной головки и пр. Все эти неисправности приво­дят к нарушению стабильности процесса и образованию дефектов наплавки, поэтому необходимо производить своевременное обслу­живание установки.

Свойства покрытий при вибродуговой наплавке могут быть улучшены применением защитных сред (диоксида углерода, флю­сов, водяного пара, пены), использованием порошковых проволок, последующей термической обработкой изделий, обкаткой ролика­ми или ультразвуковым упрочнением.

При разработке технологических процессов вибродуговой на­плавки учитывают ряд особенностей. Первый и последний вали­ки наплавляют на цилиндрические поверхности при отключен­ной подаче. При консольном закреплении детали наплавку ведут от свободного конца к патрону. Галтели детали наплавляют в пос­леднюю очередь.

Резьбовые поверхности наплавляют без подачи охлаждающей жидкости. При шаге резьбы более 1,5 мм шаг наплавки устанав­ливается равным шагу резьбы.

Для наплавки эксцентриков используют копирные устройства, а вылет электродов назначают на 2—3 мм больше величины эк­сцентриситет. Шлицы глубиной менее 1,5—2,0 мм наплавляют при вращении детали, а более крупные шлицы — с подачей голо­вки вдоль оси детали. В последнем случае после наплавки каждо­го валика деталь поворачивают примерно на 180° относительно ее оси и наплавляют паз на противоположной стороне детали. При­ем исключает деформации детали.

Для вибродуговой наплавки применяют источники питания с жесткой внешней характеристикой: генераторы АДН-500/250, вы­прямители ВС-300, ВС-600, преобразователи ПД-305, ПСГ-500, а также дроссели типа А-780 или А-855 конструкции Института электросварки им. Е.О. Патона, дроссели РСТЭ-24 или РСТЭ-34 от сварочных трансформаторов СТЭ-24, СТЭ-34 или дроссельную обмотку трансформатора СТН-500. При использовании указанных дросселей для получения нужного значения индуктивности следу­ет сделать отводы от верхнего ряда обмотки через один-два витка для последующей их коммутации.

Разработаны специализированные установки УД-144. УД-209, УД-283, УД-284, ОКС-27414, ОКС-27508, наплавочные станки УД-143, ОКС-11336 ГОСНИТИ, в том числе универсальный ста­нок У-653. Специальные наплавочные головки ОКС-6569М и ОКС-1252 обеспечивают подачу наплавочной проволоки и ее виб­рацию. Головки могут работать также в режиме наплавки в среде защитного газа и под слоем флюса при нанесении покрытий на наружные и внутренние поверхности. Скорость подачи электро­дной проволоки составляет 0,52-4,5 м/мин. Габаритные размеры устройств 730x300x700 мм, масса 60 кг.

Недостатки процесса следующие:

— снижение усталостной прочности до 60 % из-за образования закалочных структур в материале, вызывающих растягивающие на­пряжения и неоднородность твердости (в местах перекрытия точек сварки в результате отпуска твердость снижается);

- наличие пор в покрытии по причине быстрого перехода ме­талла из жидкого состояния в твердое.

Электроискровая обработка

Сущность процесса электроискровой обработки основан на электроискровой эрозии (разрушении) металлов при электричес­ком искровом разряде. При наращивании поверхностей деталь под­ключают к отрицательному полюсу электрического колебательно­го контура, работающего в области искрового разряда, а электрод к положительному (рис. 4.6). При прошивании отверстий или рез­ке металла к обрабатываемой детали подключают положительный полюс, а к электроду-инструменту — отрицательный. В этом слу­чае промежуток между деталью и электродом заполняют диэлект­рической жидкостью.

Колебательный контур установки снабжен конденсаторными батареями, которые при питании постоянным током заряжаются, а при замыкании цепи разрядного контура разряжаются, в резуль­тате чего между деталью и электродом проскакивает искра.

Рис. 4.6. Схема электроискровой обработки (прошивки):

1 — соленоид; 2 — источник тока; 3 — сопротивление; 4 — конденсатор; 5 — деталь; 6 — жидкая среда (масло, керосин); 7— инструмент; 8 — ползун

Иск­ра в месте ее действия вызывает высокую температуру, приводя­щую к расплавлению части металла на поверхности детали. Части­цы расплавленного металла за счет потока электронов отрывают­ся от поверхности детали. Чтобы частицы металла не переносились и не оседали на поверхности электрода-инструмента, промежуток между деталью и электродом-инструментом заполняют керосином, минеральным маслом или другим диэлектриком, т.е. жидкостью, не проводящей электрический ток. Оторванные частички металла оседают в этой среде.

При ремонте электроискровая обработка находит применение для наращивания деталей, износ которых не превышает 0,05— 0,06 мм (при тугих и напряженных посадках), для повышения из­носостойкости рабочих поверхностей деталей, для получения в де­талях из материалов большой твердости отверстий под стопоры, от­верстий, ограничивающих распространение трещин перед заваркой и т.п., при подготовке к металлизации деталей с высокой твердо­стью, а также для обрезки изношенных частей, удаления сломан­ных крепежных деталей и инструмента. Электроискровой обработке могут подвергаться все металлы и сплавы, обладающие электропро­водностью, независимо от их твердости и термической обработки,

Установка для электроискрового наращивания состоит из элек­тромагнитного вибратора, инструмента и источников питания. Де­таль подключают к отрицательному полюсу, а электрод-инструмент к положительному. При работе установки частички металла выры­ваются из электрода-инструмента и в процессе электрического раз­ряда переносятся на деталь и прочно сцепляются с ней. Процесс протекает без применения рабочей жидкости.

Наращивание изношенных поверхностей производят в местах неподвижных посадок на шейках валов и в гнездах корпусных де­талей, главным образом под посадки подшипников качения. С по­мощью электроискрового способа наращивают и упрочняют боко­вые поверхности шлицев, подвижные шестерни и кулачковые муф­ты (по боковым поверхностям шлицев и по пазам под вилки управ­ления), рычаги фрикционов, вилки управления муфтами (в местах, входящих в пазы муфт) и другие детали. Для упрочнения деталей применяют сплавы Т15К6, ТЗО, ВК8, ВК10, феррохром.

В зависимости от толщины и чистоты поверхности образую­щихся упрочненных слоев электрические режимы подразделяют­ся на три группы: мягкие, средние и жесткие. Перед упрочнением с поверхностей деталей удаляют грязь и ржавчину и обеспечивают чистоту поверхности не ниже 5—6-го классов.

Металлизация

Сущность процесса металлизации (рис. 4.7) заключается в том, что металлическая электродная проволока расплавляется с помо­щью ацетилено-кислородного пламени, электрической дуги или токов высокой частоты в специальных устройствах (металлизатоpax). Этот процесс даст возможность нанесения слоя металла тол­щиной одного слоя от 0,03 до 1,5 мм на любой материал без опас­ности его перегрева. Струей воздуха расплавленный металл распы­ляется на мелкие частицы и наносится на заранее подготовленную поверхность детали (рис. 4.7). Получается довольно пористое пок­рытие, на котором хорошо удерживается смазка и, следовательно, повышается износостойкость. Прочность сцепления покрытия с основным металлом невысокая.

В процессе металлизации происходят значительные изменения физического и структурного состояния исходного металла. Темпе­ратура металлизационного слоя в процессе нанесения не превыша­ет 70—80 °С, поэтому не влияет на изменение структуры и меха­нических свойств металла детали.

Металлизация позволяет наносить покрытия до 10 мм из различ­ных металлов и сплавов на стальные, чугунные, бронзовые, дере­вянные, гипсовые и другие поверхности, в несколько слоев. Можно получить псевдопокрытия, состоящие, например, из меди и свинца, алюминия и свинца и других металлов. Металлизация не вызывает изменения структуры металла детали, поэтому прочность основа­ния наращиваемой детали не снижается. Ремонт деталей с приме­нением металлизации обходится, как правило, дешевле по сравне­нию с другими способами. Металлизационное покрытие обладает рядом ценных свойств, например, достаточно высокой износостой­костью при жидкостном и полужидкостном трении.

 

Рис. 4.7. Распылительная головка газопламенного проволочного аппарата для напыления: 1 — смесительная камера; 2 — канал подвода кислорода; 3 — проволока; 4 — направляющая втулка; 5 — канал подвода ацетилена; 6 — воздушный канал; 7— ацетилено-кислородное пламя; 8— газометаллическая струя; 9 — наплав­ляемая поверхность детали

 

 

 

Однако, несмотря на ряд преимуществ, металлизация распыле­нием имеет ряд существенных недостатков, к числу которых сле­дует отнести в первую очередь сравнительно невысокую прочность сцепления покрытия с металлом восстанавливаемой детали; труд­ности подготовки твердых поверхностей деталей к металлизации и значительные потери металла, особенно при металлизации мало­габаритных деталей.

С помощью металлизации восстанавливают изношенные мес­та под неподвижные и подвижные посадки шариковых и ролико­вых подшипников, шестерен, шкивов и других деталей. Восста­навливают шейки валов, работающих в условиях хорошей смаз­ки без вибраций и ударов. Производят заделку трещин в деталях, воспринимающих небольшую нагрузку, например, в блоках, голо­вках цилиндров и др.

Иногда металлизацию применяют для защиты поверхностей де­талей от коррозии и покрытия поверхностей, не подлежащих це­ментации (на поверхности деталей наносят слой меди).

К основным физико-механическим свойствам металлизационного покрытия относятся: структура, прочность сцепления, твер­дость и износоустойчивость.

Структура металлизационного слоя покрытия в основном зави­сит от процесса металлизации. Изменение различных характерис­тик процесса металлизации (скорости подачи проволоки и темпе­ратуры ее нагрева, давления воздушной среды) позволяет получать частицы металла размером от 0,001 до 0,4 мм. В процессе плавле­ния и распыления электродной проволоки происходит выгорание основных элементов и окисление металла. При этом выгорание уг­лерода С составляет 25—35 %; кремния Si — 25—45 %; марганца Мп - 35- 38 %; серы S — 25—26 %, что приводит к изменению химического состава металла покрытия.

Металлические расплавленные частицы в струе воздуха перено­сятся со скоростью 150- 250 м/с и достигают примерно за 0,003 с поверхности детали. При такой высокой скорости и весьма малом времени полета частицы не успевают охладиться и осаживаются на поверхность в пластическом состоянии. Ударяясь о заранее под­готовленную шероховатую поверхность, частицы деформируются и заклиниваются, механически сцепляясь между собой и повер­хностью детали. Охлаждение частиц различных размеров воздуш­ной струей приводит к местной неоднородности структуры металлизационного слоя.

Твердость металлизационного покрытия выше твердости исход­ного материала благодаря быстрому охлаждению и появлению на­клепа. Наибольшая твердость (HRC 64) получается при примене­нии электродной проволоки с содержанием углерода 0,7 %. При этом оптимальное расстояние от головки металлизатора до детали составляет 100—125 мм при давлении воздуха 5—6 кгс/см².

Износостойкость металлизационного слоя определяется особен­ностями структуры и свойств покрытия. Металлизационное пок­рытие неоднородно по структуре и обладает хрупкостью, поэто­му износостойкость его в условиях сухого трения весьма низкая. При жидкостном и граничном трении металлизационные покры­тия имеют высокую износостойкость, что достигается благодаря пористости металлизационного слоя, в котором хорошо удержи­вается смазка. Металлизационные покрытия легко деформируют­ся и быстро прирабатываются, чем выгодно отличаются от других видов металлопокрытий.

Перед нанесением металлизационного покрытия поверхность де­тали очищают от грязи, жиров, окислов и ржавчины, восстанавли­вают правильную геометрическую форму детали и придают повы­шенную шероховатость поверхности для лучшего сцепления метал­лизационного слоя с основным металлом, а также изолируют мес­та детали, не подлежащие металлизации.

Детали от грязи и жиров очищают в моечных машинах; окис­лы и ржавчину снимают механическими щетками, пескоструйны­ми (дробеструйными) установками или вываркой в ваннах с водя­ной вытяжкой суперфосфата, подогретой до температуры 95—98 °С.

Правильную геометрическую форму детали придают механичес­кой обработкой поверхности. При этом размеры детали уменьша­ют с таким расчетом, чтобы после металлизации и обработки под необходимый размер высота металлизационного слоя оставалась не менее 0,5 мм.

Шероховатую поверхность детали можно получить, используя механические, электрические и химические способы. Из механи­ческих способов наибольшее распространение получили пескоструйная обработка и нарезание рваной или круглой резьбы. При пескоструйной обработке деталь помещают в пескоструйную ка­меру или шкаф. При помощи пескоструйного пистолета на деталь направляют струю сжатого воздуха под давлением 5—6 кгс/см² в смеси с сухим песком (размер зерен 1,5—2 мм). Удары зерен пес­ка о деталь придают ее поверхности шероховатость.

Наибольшее распространение для деталей с твердостью до НВ 300—350 нашел способ нарезания рваной и круглой резьбы, а также накатка поверхности рифлеными роликами. Нарезку рва­ной и круглой резьбы на поверхность детали производят после предварительного протачивания. Для нарезания резьбы применя­ют резец с углом при вершине 55—60° и небольшим закруглением острия вершины. Резец устанавливают с большим вылетом (100— 150 мм) и смещают вершину от центра вращения детали вниз на 2—6 мм. Резьбу нарезают шагом 0,8—1 мм и глубиной 0,5—0,8 мм.

Рваная резьба обеспечивает высокое сцепление металлизационного слоя с основным металлом, однако резко снижает уста­лостную прочность детали. Наиболее практично применять круг­лую резьбу, которую нарезают специальным пластинчатым резцом шириной 1,2 мм, имеющим радиус закругления вершины 0,6 мм. Шаг резьбы принимают равным 1,6—1,8 мм при глубине нарезки 0,6 мм. После нарезания резьбы гребни приплющивают гладким роликом, и они получают форму ласточкина хвоста.

Термически обработанные поверхности деталей твердостью вы­ше НВ350 подготавливают под металлизацию электроискровой обра­боткой на установке для электроискрового упрочнения. На поверх­ность наносится шероховатый слой металла толщиной 0,1—0,15 мм.

Химический способ подготовки заключается в травлении по­верхности водным раствором соляной кислоты. Поверхности де­талей, не подлежащие металлизации, предохраняют пергаментной бумагой, картоном, асбестом, листовой сталью; пазы и отверстия закрывают деревянными пробками.

Металлизационное покрытие наносят с помощью электродуговых, газовых и высокочастотных металлизаторов. Установка для электродуговой металлизации состоит из электрометаллизатора с катушками для проволоки, источника переменного или постоян­ного тока с контрольными приборами, компрессора с воздухосбор­ником и водомаслоотделителем, а также вентиляционной кабины, в которой установлен токариый станок, используемый для враще­ния детали и продольною перемещения электрометаллизатора, ус­тановленного на суппорте.

Схема работы распылительной головки электрометаллизатора выглядит следующим образом. Электродная проволока с помощью рифленых роликов подастся в наконечник. Привод роликов осу­ществляется воздушной турбиной или электродвигателем. К нако­нечникам присоединены провода, по которым подается электри­ческий ток. Наконечники между собой и воздухопроводом изоли­рованы прокладкой. С помощью наконечников обе электродные проволоки направляются навстречу друг другу. При подаче элек­трического тока между концами электродной проволоки возника­ет электрическая дуга. По трубке подается сжатый воздух, с помо­щью которого расплавленный металл распыляется и наносится на подготовленную поверхность детали.

Наибольшее применение находят следующие пистолеты-электрометаллизаторы: ЭМ-ЗА, ЭМ-6, ЛК-У, ЛК-6А. Пистолеты ЭМ-ЗА и ЛК-У универсальные и могут быть использованы как для работы вручную, так и для установки на токарном станке. Писто­леты ЛК-6А и ЭМ-6 станочные, их применяют только при рабо­те на токарном станке.

Установка для газовой металлизации состоит из следующих уз­лов оборудования: газового металлизатора; токарного станка для вращения детали, подлежащей металлизации, и продольного пе­ремещения газового металл и затора, закрепленного на суппорте; вытяжной камеры для отсоса <