Восстановление работоспособности судовых машин и механизмов сваркой и наплавкой.

Электродуговая ручная сварка и наплавка. При проектирова­нии технологического процесса сварки или наплавки прежде всего определяют исходные данные: толщину свариваемого изделия, мар­ку материала, свариваемость, необходимые механические и другие свойства сварного шва или наплавленного металла. Выясняются также особые требования по сварке этого изделия по Правилам Регистра СССР или других нормативных источников.

Для сварки и наплавки на переменном токе применяются сва­рочные трансформаторы, а на постоянном токе — преобразователи или сварочные выпрямители и др.

Чугун является плохо свариваемым материалом из-за высоко­го содержания углерода. Низкие пластические свойства чугунов способствуют образованию трещин в околошовных зонах. Выгора­ние углерода и быстрое охлаждение места сварки приводит к отбе­ливанию, в результате этого повышается твердость и затрудняется обработка. Быстрый переход из твердого состояния в жидкое прак­тически исключает возможность сварки так называемых потолочных швов. Интенсивное выгорание углерода вызывает большую пори­стость сварных швов и наплавленных слоев. Такие особенности сварки чугунов требуют применения специальных приемов и спосо­бов сварки. Сварка и наплавка чугунных деталей может произво­диться холодным способом или с нагревом до температуры 300... 400°С (горячий способ).

Холодная сварка стальными электродами применяется только для деталей неответственных, малых размеров и не требующих дальнейшей механической обработки. Слой имеет низкую механиче­скую прочность и большую пористость. Стальные электроды со спе­циальными покрытиями используют для чугунных деталей неслож­ной формы, работающих при малых статических и динамических на­грузках.

Чугунные электроды из чугунов марки А и Б отливаются в виде прутков. Для защиты шва и раскисления необходимы флюсы. Сварка ведется на постоян­ном токе обратной полярности.

Медные электроды для сварки чугуна имеют стальную низкоуг­леродистую оболочку или специальное защитное покрытие из смеси порошков титановой руды, феррокремния, алюминия, графита, пла-^х викового шпата и мрамора.

Полугорячая и горячая сварка и наплавка чугунов обеспечи­вают более равномерную структуру шва, уменьшают склонность к образованию трещин и пористость. Подогрев деталей осуществляет­ся в электрических печах, газовыми горелками и другими способа­ми. Необходимо обеспечивать равномерность нагрева, а после на­плавки или сварки — медленное охлаждение детали.

Ручная газовая сварка н наплавка. Производительность газо­вой сварки меньше, чем дуговой. Газовая сварка может применять­ся для восстановления деталей из любых сплавов. Она имеет пре­имущество перед дуговой сваркой при восстановлении деталей ма­лых сечений и габаритов или при наплавке слоев малой толщины. Колебания толщины наплавленного слоя составляют 0,25...0,5 мм. Восстановление стальных деталей может производиться как с флю­сами, так и без них. Для восстановления деталей из чугуна и цвет* ных сплавов обязательно применяются флюсы.

Наиболее широко используется ацетилено-кислородная сварка, наплавка и резка металлов. Для судовых условий ремонта газы (ацетилен и кислород) поставляются в стальных баллонах. На су­доремонтныхзаводах применяются и другие горючие газы: водо­род, пропан-бутановая смесь и пары керосина.

Механизированные способы наплавки и сварки металлов. Произ­водительность автоматической дуговой наплавки под флюсом в 5... 20 раз выше производительности ручной дуговой наплавки. Обеспе­чивается высокое качество наплавленного металла и экономия электроэнергии и материалов. Для наплавочных процессов исполь­зуются одноэлектродные, многоэлектродные сварочные головки, универсальные сварочные тракторы, шланговые автоматы и полуавтоматы. Электродами и присадоч­ными материалами служат тянутая, порошковая проволока и лен­та. Материалы электрода и флюса согласуются между собой и под­бираются в зависимости от материала детали и необходимых по­верхностных свойств.

При автоматической наплавке под флюсом деталь прогревается на большую глубину, поэтому для снижения остаточных напряже­ний и деформаций рекомендуется предварительный подогрев дета­лей или последующая термическая обработка.

При вибродуговой наплавке конструкция сварочнойголовки обеспечивает вибрацию конца электрода, благодаря этому электрическая дуга прерывается с частотой его вибрации. Глубина проплавления получается меньшей, чем при автоматической наплав­ке. Для получения высокой твердости наплавленного слоя и стаби­лизации процесса горения дуги применяют охлаждающие жидко­сти, содержащие ионизирующие элементы, например, 6%-ный раст­вор кальцинированной соды. Уменьшение остаточных напряжений и деформаций достигается последующей термической или термомеха­нической обработкой. Вибродуговая наплавка может также осу­ществляться в воздушной среде, под слоем флюса или в среде за­щитных газов. Лучшее качество наплавленного слоя получается при работе на постоянном токе обратной полярности.

Сварка и наплавка в среде защитных газов. Сварка может быть ручной, полуавтоматической и автоматической с применением пла­вящихся или неплавящихся (вольфрамовых) электродов. Газы по­даютсяпо­даются в зону горения дуги и защищают расплавленный металл от воздуха, поэтому отпадает необходимость в использовании флюсов, В качестве защитных газов применяются аргон, оксид углерода и азот.

Аргонодуговая сварка используется для деталей, из­готовленных из чугуна легированных сталей и любых цветных сплавов, а также для разнородных металлов и сплавов. Для ручной сварки вольфрамовым электродом выпускаются газоэлектрические горелки.

Сварка и наплавка в оксиде углерода исполь­зуются в основном для деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, Оксид углерода оказывает некоторое окисли­тельное воздействиена расплавленный металл, поэтому в составе электродной проволоки должно быть повышенное содержание рас-кислителей: кремния, марганца и др. Для сварочных работ с окси­дом углерода выпускаются специальные газоэлектрические горелки и полуавтоматы. Лучшие результаты по качеству наплавки и сварки получаются на постоянном токе обратной полярности. Жидкая углекислота хранится в стальных баллонах вместимостью 40 л,

А з о т н о-д у говая сварка и наплавка применяются для деталей, изготовленных из меди и медных сплавов, так как по отношению к ним азот является инертным газом. Сварочное обору­дование аналогично применяемому при аргонодуговой сварке. При ручных процессах присадочный материал имеет флюсовые покры­тия. Вольфрамовые электроды содержат около 1% тория. Азот хра­нится в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

Плазменная сварка и наплавка. Она дает высокое качество вос­становленных слоев и соединений с применением тугоплавких, втом числе керамических материа­лов. Плазменный процесс обла­дает значительно большей произ­водительностью, чем сварочные процессы в защитных газах, дает меньшую величину зон термиче­ского влияния в наплавленных слоях и снижает расход газов.

18. Восстановление работоспособности судовых машин и механизмов посредством напыления.

Напыление. Высокими триботехнологическими возможностями обладает металлизация напылением, заключающаяся в расплавлении подводимого к металлизатору металла и распылении его струей сжатого газа (воздуха) в направлении заранее подготовленной поверхности детали. Напыляют различные металлы и порошки (твердые сплавы). В зависимости от источника тепла различают газовое, электрическое и плазменное

напыление. Напыленный слой благодаря своей пористости обладает высокими антифрикционными свойствами при хорошей смазке и скорости скольжения не выше 3,5 м/с. Покрытия неспособны работать при сухом трении и снижают предел выносливости. Напылению подвергают поверхности опор скольжения, валов (в обратных парах трения), направляющих.

Одним из перспективных методов упрочнения поверхностей трения является метод электроискрового легирования, позволяющий получать достаточно прочно связанные с упрочняемой поверхностью и значительные по толщине износостойкие покрытия с удельным временем легирования 3 мин/см. Шероховатость полученных слоев не хуже Ra = 2,5 мкм,толщина упрочненного слоя (50…60) мкм, сплошность (80…90)%, микротвердость (10000…12000) МН/м. Стойкость упрочненных вырубных штампов увеличилась в (1,5…2,0) раза по сравнению со стойкостью штампов, упрочненных стандартным твердым сплавом Т30К4.

По технологическим возможностям зарекомендовал себя метод плазменного напыления. При этом способе расплавление и распыление туго плавких материалов (окись алюминия, вольфрам, ниобий, молибден, карбиды, бориды и т. д.) осуществляется с помощью высокотемпературной плазменной струи. В соответствии со свойствами покрытий обеспечиваются требуемая жаропрочность, сопротивление окислению, износостойкость при высоких температурах и в различных средах. Плазменное на-

пыление имеет ряд преимуществ: высокие температуры позволяют распыливать и наносить различные материалы высокой температуры плавления; поток плазмы, не содержащий кислорода, не допускает окисления обрабатываемой поверхности и покрытия; возможно нанесение многослойных покрытий; высокая скорость потока газа позволяет увеличить плотность покрытия до 90 % и достичь прочного сцепления с основой; в связи с нагревом поверхности заготовки не выше 200 С исключается коробление деталей; энергетические характеристики потока плазмы легко регулируются в зависимости от требований ТП. Наиболее часто плазменное напыление используют для нанесения тугоплавких соединений или противостоящих высокотемпературной коррозии (например, на поверхности лопаток газовых турбин).

19. Восстановление работоспособности судовых машин и механизмов электролитическими методами.

Восстановление деталей электролитическим методом наращивания заключается в осаждении металла из водного раствора на детали. Электролитическое наращивание применяют для повышеНИя износостойкости и коррозионной стойкости детали, восстановления размеров детали и для декоративных целей. При ремонте деталей применяют хромирование, осталивание, меднение и другие покрытия.

Хромирование используют как при ремонте деталей механизмов, так и при изготовлении новых деталей. Хромовые покрытия бывают гладкие и пористые. Гладкий твердЫЙ хром обладает ценными физико-механичеокими свойствами. Пористое же хромирование применяют с целью повышения износостойкости судовых деталей, работающих в условиях недостаточной смазки. Износостойкость чугуна, покрытого гладким хромом, повышается в 4-7 раз, а покрытого пористым хромом - В 30-150 раз. Для устранения пористости, ограничивающей применение хромовых покрытий для судовых деталей, работающих в коррозионной среде, применяют комбинированное покрытие: на нанесенные слои меди, кадмия или никеля либо последовательно меди и никеля наносят слой хрома. Толщина откладываемого СVIоя хрома колеблется в пределах 15-30 мкм. Хромированием восстанавливают детали, имеющие небольшой износ, так как толщина хромового покрытия практически лежит в пределах 0,05-0,3 мм на сторону. При большой

толщине покрытий прочность хромированного слоя уменьшается, хромирование становится экономически невыгодным. Процесс хромирования состоит из следующих операций. Восстанавливают геометрию детали проточкой, шлифовкой и полировкой. Для эл~ктролитического полирования применяют электролиты различного состава (смесь серной, фосфорной и хромовых кислот, смесь серной и лимонной кислот, либо смесь различных минеральных кислот и глицерина). Обезжиривают деталь в электрических ваннах с электролитом (30-50 г едкого натра на 1 л воды). Для ускорения процесса обезжиривания рекомендуется добавка силиката натрия (жидкое стекло) в количестве 0,5-1 г/л. Процесс элеКТРОЛИТического обезжиривания длится 2-3 мин. Промывают детали в горячей воде и в проточной. При этом деталь подвергают декапированию с целью удаления оксидных пленок, могущих образоваться в процессе подгоТовки детали к хромированию. Д'екапирование заключается в легком протравлении поверхности детали в 2-3%-ном растворе серной кислоты. При температуре раствора 18-200С деталь выдерживают 4-5 мин для выравнивания ее температуры с температурой электролита. Наибольшее распространение получило анодное декапирование, заключающееся в том, что деталь, помещенная в ванну для нагрева ее до температуры ванны и являющаяся анодом, выдерживается в течение 30-50 с под током плотностью 20-26 А/дм. Декапируют непосредственно перед хромированием. Обычно поверхности деталей, не подлежащих хромированию, покрывают лаками. Хромирование проводят в железных ваннах с двойными стенками, пространство между которыми заполняется горячей водой для регулирования постоянства температуры электролита в ванне. В ванну наливают воду, нагревают ее до температуры 700С, вводят компоненты электролита, подключают постоянный ток напряжением 6-12 В. ДЛЯ выравнивания концентрации электролита деталь, закрепленную на подвеске, 3-4 раза окунают в раствор, а затем подвешивают на катодную штангу. Плотность тока при хромировании 20-50 А/дм 2, а продолжительность зависит от толщины покрытия, состава электролита, режима работы ванны. Анодом при хромировании служат свинцовые пластины, располагаемые концентрично относительно детали и имеющие поверхность в 2 раза более, чем поверхность хромируемой детали. После хромирования деталь подвергают анодной обработке с целью получения пористой поверхности при плотности тока 25-35 А/Дм и при температуре 30-400 С в течение 10-20 мин. Затем производят промывку детали холодной и горячей водой. Осталивание - процесс электролитического осаждения железных покрытий из водных растворов хлористого FeCl24H20 или сернокислого FeS047H20 железа. Электролитическое осаждение железа из водных растворов солей было получено академиками Б. С. Якоби, Е. И. КлеЙманом и Э. Х. Ленцем в 1868-1870 гг. При прохождении постоянного тока через раствор солей ионы железы разряжаются на катоде (детали); таким образом катод покрывается слоем железа. Анод растворяется, а его ионы попадают в раствор.

Осталивание - менее слоЖный и более дешевый процесс, чем хромирование. Например, выход по току при осталивании достигает 70-90%, плотность тока 10-20 А/дм 2, толщина осадка в час при применяемой плотности тока 0,013-0,26 мм. Толщина слоя железа при мягком осталивании (140-225 НВ) - более 3 мм, при твердом покрытии (225-600 НВ) - до 2 мм. Покрытия низкой твердости применяют для восстановления нетрущихся поверхностей деталей, наружных поверхностей бронзовых втулок верхней головки шатуна, вкладышей и др. Технология осталивания следующая, Деталь очищают от грязи,

промывают в бензине, зачищают места покрытия наждачной бумагой или пескоструйным способом, изолируют не подлежащие покрытию участки пер хлорвиниловым лаком или резиной. Монтируют деталь на подвесках, обезжиривают известью, промывают холодной проточной водой, пассивируют в специальном электролите при плотности тока 10-40 А/дм 2 в течение 2-5 мин, промывают горячей водой, загружают в ванну с электролитом и подогревают раствор. Вынув из ванны, деталь промывают горячей водой, нейтрализуют в щелочном растворе, опять промывают горячей водой, демонтируют подвески, УДаляют ИЗОЛЯцИЮ, осуществляют старение, механически обрабатывают. При введении в хромовый электролит ионов кадмия получается покрытие, обладающее твердостью, износостойкостью, полным отсутствием пористости; хромокадмиевое покрытие, в частности, применяется для рабочих шеек гребных валов и стальных облицовок. Меднение осуществляют для повышения защитно-декоративных свойств стальных деталей. В этом случае используют многослойные покрытия: медь-никель или медь-никель-хром. Медь откладывается на подслой никеля. В судоремонте для меднения применяют сернокислые электролиты. В качестве анодов применяют электролитическую медь. Никелирование стальных деталей производят для повышения их защитно-декоративных свойств. Никель защищает основной металл от коррозии. Иногда никелевые покрытия вследствие их значительной твердости используются как износостойкие. При нанесении никелевого,покрытия должна быть обеспечена шероховатость поверхности детали не менее Rz=80+20 мкм. Под блестящее НИlкелирование, при,котором не требуется точных размеров, деталь полируют, а детали, имеющие точные размеры, обрабатывают под Ra=0,32+0,16 мкм. После н~к~!3ания для определения дефектов проверяют качество покрытия посредством наружного осмотра и кварцевания стальной щеткой из проволоки диаметром 0,1-0,2 мм с окружной скоростью 17-120 м/с.

ГальваничеСКое лужение находит применение для покрытия вкладышей подшипников, ползунов перед заливкой, конденсаrорных трубок, деталей, приборов. Обладая высокой химической стойкостью в обычных атмосферных условиях, олово защищает поверхность

от коррозии при беспористом покрытии. Покрытие оловом осуществляют погружением детали в ванну с расплавленным оловом или электролитическим способом. Последний имеет, преимущество перед первым, так как расход олова при этом меньше. Для лужения применяют кислые и щелочные элеКТРОлИТЫ. Анодами в процессе лужения служат.пластинки литого олова марки 01 или 02, которые надо очищать не реже 2-х раз в смену

во избежание образования на них шлака. Лужение производят при температуре ванны 20-300 С, напряжении тока 4-6 В, плотности тока 1-2 А/Дм. Максимальная толщина покрытия при лужении латунных конденсаторных трубок, а также подшипников пoд заливку - 15 мкм. Процесс лужения состоит из следующих операций: обезжиривания

детали, промывки в горячей и холодной воде, травления, промывки в холодной воде, очистки поверхности детали для удаления травильного шлака, промывки в холодной воде, декапирования в растворе азотной (30 г/л) и серной (20 г/л) кислот, промывки. В холодной воде, лужения в электролите, промывки в холодной воде.