10. Применение сварки и наплавки при ремонте

Сваркой называется процесс образования неразъёмного соединения деталей вследствие межатомного взаимодействия или действия сил молекулярного сцепления. Сваркой соединяют металлы и неметаллические материалы. Для этого материал должен обладать свариваемостью, т.е. свойством образовывать неразъёмное соединение за счёт сварных швов. Свариваемость оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения аналогичным свойствам основного материала и их склонность к образованию сварочных дефектов (трещин, пор, шлаковых включений и пр.). По этим признакам материалы подразделяются на: хорошо, удовлетворительно и плохо сваривающиеся; имеется также группа материалов практически не сваривающихся. При сварке металлов производят местный нагрев соединяемых частей до перехода их в пластическое состояние сварка давлением или, в подавляющем большинстве случаев, в расплавленное состояние. Обычно стремятся, чтобы металл шва обладал одинаковыми свойствами с основным металлом. В ремонтном производстве сварка часто применяется для заделки трещин, отколов, раковин, исправления различных механических повреждений.

Наплавка является разновидностью сварки, но имеет свои особенности, как по назначению, так и в технологическом отношении. Наплавкой называется процесс нанесения расплавленного металла на поверхность детали, нагретой до температуры плавления. Наносимый на поверхность слой металла должен образовывать с основным металлом прочную металлическую связь. При этом наносимый слой металла или сплава может иметь свойства, отличающиеся от свойств основного металла. Поэтому наплавку применяют не только для восстановления исходных размеров детали, но и для придания её поверхности заданных свойств.

Наплавка широко применяется для восстановления сильно изношенных участков и увеличения износостойкости таких деталей, как валы, зубчатые колёса, муфты, клапаны, штоки, звёздочки и др.

Несмотря на большую распространённость, процессы сварки и наплавки обладают существенными недостатками, которые необходимо иметь в виду при выборе способа восстановления деталей. В числе недостатков изменение структуры основного материала деталей в зоне термического влияния, коробление конструкции, снижение усталостной прочности материала, появление трещин. Эти процессы применимы не ко всем деталям вследствие особенностей их материала. Поверхности деталей, восстановленные наплавкой, обладают по сечению неоднородными физико-механическими свойствами, химическим составом и микроструктурой. Толщина наносимого слоя покрытия должна значительно превышать величину износа.

Большое разнообразие форм, размеров, материала, условий эксплуатации деталей оборудования обусловливает необходимость применения на ремонтных предприятиях разнообразных видов сварки и наплавки, которые можно выбрать из большого числа известных способов.

8. Классификация способов восстановления изношенных деталей.

На ремонтных предприятиях применяют различ­ные способы восстановления разрушенных при эксплуатации поверхностей деталей. Их можно разделить на две основные группы: 1. без изменения первоначальных размеров; 2. с изменением первоначальных размеров ремонтируемой детали; 3. с восстановлением первоначальных размеров ремонтируемой детали.

Восстановление посадки без изменения, размеров деталей осуществляется следующими способами: регулировкой зазора, заменой одной из изношенных деталей или перестановкой ее в дополнительную рабочую позицию.

Способ восстановления посадки регулировкой зазора обычно применяется для легкодоступных и малоответственных сопряжений и сводится к перемещению одной или нескольких деталей. В результате восстанавливается первоначальный зазор. Однако этот способ не обеспечивает восстановления первоначального ресурса сопряжения, так как не устраняются искажение геометрической формы и изменение первоначальной шероховатости.

Способ перестановки деталей в другое положение (позицию) основан на использовании симметричного расположения одинаковых по всем параметрам поверхностей, одна из которых всегда, или почти всегда, оказывается нагруженной и поэтому изнаши­вается, а другая всегда, или почти всегда, работает вхолостую (например, две эвольвентные поверхности зуба шестерни, две поверхности цевочного зацепления зуба ведущей звездочки при­вода гусеничного полотна трактора и т.п.). Поэтому при ремонте допускаются перестановка справа налево и наоборот пары шес­терня - зубчатое колесо конечной передачи гусеничного трактора, перестановка ведущих звездочек гусеничного полотна и т.п.

Восстановление посадки заменой детали или ее перестановкой в дополнительную рабочую позицию не обеспечивает полного восстановления ресурса сопряжения, так как в этом случае новая деталь или неизношенная поверхность старой (при перестановке ее в новую позицию) работает в паре с частично изношен­ной деталью и, следовательно, зазор S будет больше первона­чального:

К 2 группе относится способ ремонтных размеров. К 3 группе относятся способ наращивания дополнительного слоя материала, способ дополнительных ремонтных деталей, способ замены части детали.

Способ наращивания дополнительного слоя материала применяется для восстановления номинальных геометрических параметров и физико-механических свойств восстанавливаемой поверхности. Применяются различные технологические методы на­ращивания дополнительного слоя материала с требуемым комплексом свойств. Выбор технологического метода наращивания определяется материалом и конструктивными особенностями ремонтируемой детали, характером дефектов, назначением и режимом работы восстанавливаемой поверхности и др. Способ наращивания дополнительного слоя материала широко используется при ремонте различных деталей. При этом полностью восстанавливается их ресурс.

Способ дополнительных ремонтных деталей. Этот способ заключается в использовании дополнительных ремонтных деталей, которые закрепляют непосредственно на изношенной поверхности.

Толщина дополнительных ремонтных деталей обычно значительно пре­вышает величину износа ремонтируемой детали, в связи, с чем перед установкой дополнительной детали необходимо удалить с изношенной поверхности слой металла. Пользуясь этим способом при восстановлении концевой шейки вала, обрабатывают шейку до меньшего размера, если позволяет механическая прочность, и напрессовывают дополнительную втулку, а затем производят ее механическую обработку до первоначального размера и требуемой шероховатости поверхности. Возможно дополнительное крепление втулки на валу штифтами, резьбовыми стопорами или электросваркой. При восстановлении шейки в средней части вала используют две полувтулки, которые устанавливают на предварительно обработанную шейку, крепят штифтами или сваркой, а затем производят их механическую обработку по на­ружной поверхности. Изношенные отверстия растачивают под больший размер и запрессовывают ремонтную втулку, которую обрабатывают до номинального размера отверстия детали.

Недостаток данного способа заключается в уменьшении механической прочности основной детали вследствие механической обработки.

Способ замены части детали. Этот способ заключается в удалении изношенной части детали и присоединении вместо нее дополнительной детали. Заменяемая часть детали соединяется с основной при помощи сварки, резьбы, клея или других способов, после чего производится ее окончательная механическая обработка для получения тре­буемой точности и шероховатости поверхности. Многие детали бурового и нефтегазопромыслового оборудования имеют одну или несколько прилегающих друг к другу поверхностей, изнашиваемых наиболее интенсивно. Подобные детали, если позволяет их конструкция, целесообразно ремонтировать способом замены части детали. Недостаток – сложность подобного ремонта для термически обработанных деталей.