CC BY
33УДК 621.81
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Горбачёв Денис Романович, магистрант;
ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Российская Федерация
Аннотация: В статье представлено описание методов восстановления деталей путём наплавки. Рассмотрено несколько вариантов наплавки с изучением слабых мест и преимуществ определённых разновидностей представленного метода. Представлена информации о методах восстановления повреждённых деталей, используемые для этого материалы. Рассмотрены возможности использования каждого метода, их последовательное сравнение. Составлена и продемонстрирована сводная таблица по известным и используемым в данный момент способам наплавки. Продемонстрированы графические материалы по описываемому подвиду наплавки для наглядной демонстрации и представлению проходящих процессов. Изучено и описано распределение вариантов восстановления деталей путём наплавки по уровню популярности метода и частоте использования. Также выявлены причины большей или меньшей популярности различных вариантов. Сопоставлены трудо- и материалозатраты в ряде методов. Ключевые слова: наплавка; восстановление; детали;ремонт; технологии.
THEORETICAL COMPARISON OF PART RECOVERY TECHNOLOGIES
Gorbachev Denis Romanovich, master's student;
Timiryazev Russian State Agrarian University, Moscow, Russia
Abstract: The article describes the methods of restoring parts by surfacing. Several variants of surfacing with the study of weaknesses and advantages of certain varieties of the presented method are considered. Information is provided on the methods of restoring damaged parts and the materials used for this purpose. The possibilities of using each method and their sequential comparison are considered. A summary table on the known and currently used surfacing methods is compiled and demonstrated. Graphic materials on the described sub-type of surfacing are demonstrated for visual demonstration and presentation of the ongoing processes. The distribution of options for restoring parts by surfacing according to the level of popularity of the method and the frequency of use is studied and described. The reasons for the greater or lesser popularity of various options are also revealed. Labor and material costs are compared in a number of methods. Keywords: surfacing; restoration; details; repair; technologies.
Для цитирования: Горбачёв, Д. Р Теоретическое сравнение технологий восстановления деталей / Д. Р. Горбачёв. - Текст : электронный // Наука без границ. - 2021. - № 3 (55). - С. 40-45. - URL: https:// nauka-bez-granic.ru/№-3-55-2021/3-55-2021/
For citation: Gorbachev D.R. Theoretical comparison of part recovery technologies // Scince without borders, 2021, no. 3 (55), pp. 40-45.
Любое транспортное средство вне зависимости от его назначения имеет свойство выходить из строя по причине износа или поломок различных его
узлов или агрегатов. В подавляющем большинстве случаев при поломке детали её заменяют на новую. Но возникают ситуации, когда замена либо не-
возможна, либо ожидание запчастей слишком долгое или дорогостоящее. В такие моменты люди прибегают к восстановлению изношенной или сломанной части транспортного средства.
Основными причинами, по которым деталь выходит из строя, являются изнашиваемость, воздействие коррозийной среды, высокие температурные или физические нагрузки. Как правило, износ начинается с поверхности, и восстановление следует начинать тоже с поверхности.
Восстановление детали является более выгодным с экономической точки зрения процессом. Это обуславливается экономией материалов, топливо-энергетических ресурсов и трудозатратами. Поэтому нами для исследования выбран путь восстановления изношенных деталей и описание способов, которые для этого используются.
По причине разного вида износа и его величины (от нескольких микрон до нескольких миллиметров) необходимо выбирать наиболее оптимальный вариант восстановления. Например, для металлических деталей возможно восстановление путём наплавки полимерными, неорганическими или же металлическими материалами. Также возможно восстановление путём напыления, химико-термической обработкой, имплантацией и многими другими методами [3].
На практике при ремонте (восстановлении) детали порядка 77 % приходится на наплавку различных покрытий, на электроконтактное припекание примерно 6 %, гальванические способы - 4 %, заливку жидким металлом - 2 %, восстановление полимерными материалами - порядка 4 %, а всеми остальными способами - не более 5 % [1].
Рассмотрим восстановление деталей на примере самого популярного способа: наплавки.
Наплавка - метод восстановления деталей, при котором внешним тепловым источником (газовое пламя, электрическая дуга, плазма, лазерный или электронный луч, и др.) расплавляют наносимый материал и наносят его на подплавленную поверхность основы.
Свою популярность данный метод набрал благодаря своей универсальности.
Всего выделяется 4 способа наплавки:
1) Ручная дуговая наплавка;
2) Дуговая наплавка под флюсом;
3) Электрошлаковая наплавка (ЭШН);
4) Наплавка в среде защитного газа.
В табл. представлены основные характеристики наплавки.
Ручная дуговая наплавка выполняется электродами с толстым покрытием и при невозможности или нецелесообразности применения механизированных способов.
Для достижения оптимального проплавления основы наплавка ведётся при минимальных значениях силы тока и напряжения. При этом электрод наклоняется в обратную сторону наплавления. Наплавка выполняется электродами диаметром от 2 до 6 мм на постоянном токе от 80 до 300 А обратной полярности с производительностью от 0,8 до 3,0 кг/ч. Если необходимо произвести наплавку различных сталей, никеля, меди и их сплавов, то необходим предварительный подогрев наплавляемых деталей до 100...300 °С.
Дуговая наплавка под флюсом - метод, при которой электрическая дуга горит между голым электродом
(проволокой) и наплавляемым изде- гранулированного флюса с размерами лием под слоем от 10 до 40 мм сухого зерен от 0,5 до 3,5 мм (рис. 1).
Таблица
Основные характеристики наплавки
Способ Толщина слоя, мм Производительность, кг/ч Прочность соединения, МПа
Дуговая самозащитной проволокой 0,5...3,5 1,0..3,0 450
Дуговая под слоем флюса 1,0...5,0 0,3..3,0 550
Дуговая в среде диоксида углерода 0,5.3,5 1,5.4,5
Дуговая в среде аргона 0,5.2,5 0,3.3,6 450
Вибродуговая 0,5.1,5 0,3.1,5 400
Газопламенная 0,5.3,5 0,15.2,0 480
Плазменная (порошковая) 0,5.5,0 1.12 490
Электрошлаковая >10 до 150 500
Рисунок 1 - Схема наплавки под слоем флюса
1 - бункер с флюсом; 2 - электрод; 3 - оболочка расплавленного флюса; 4- газопаровой пузырь; 5 - наплавленный слой; 6 - шлаковая корка; е - величина смещения электрода с зенита;
шд - угловая частота вращения детали
При работе данным методом подаётся электродная (сплошная или порошковая) лента и флюс. На деталь подаётся постоянный ток обратной полярности. Наплавка будет проводиться сварочно-наплавочным трактором, перемещаемым по заданной траектории и заданными параметрами.
Флюс, температура плавления которого на 100-150 °С ниже, чем наплавочного материала, позволяет получить более качественное покрытие и выполняет ряд функций:
- стабилизирует горение дуги;
- защищает расплав от воздействия кислорода и азота воздуха;
- очищает расплав от включений и раскисляет его;
- легирует покрытие;
- образует теплоизоляционный слой, замедляющий процесс затвердевания металла наплавки.
Для повышения эффективности при этом способе используют порошковые проволоки, ленты и шнуровые материалы.
Электрошлаковая наплавка (ЭШН)
отличается от вышеперечисленных методов образованием на нагретой поверхности детали ванны расплавленного флюса, в которую введен электрод, а к детали и электроду приложено напряжение (рис. 2). Процесс наплавки начинается на технологической пластине, которая удаляется после начала затвердевания покрытия. В процессе работы в ванну помещается флюс и электрод, зажигается дуга между электродом и технологической пластиной. Флюс расплавляется, образуя жидкую ванну, при соприкосновении электрода с которой дуга гаснет. Ток, проходящий через жидкий шлак выделяет тепло, которого достаточно для плавления шлака и электродного металла (температура шлаковой ванны выше, чем температура плавления присадочного электродного материала). Присадочный материал расплавляется, проходя через шлак, очищается, оседает и формирует покрытие между поверхностями водоохлаждае-мого кристаллизатора и технологической пластины.
Рисунок 2 - Схема электрошлаковой наплавки:
1 - кристаллизатор; 2 - шлаковая ванна; 3 - электрод; 4 - мундштук; 5 - дозатор легирующих добавок; 6 - крупногабаритные диски; 7 - восстанавливаемая деталь; 8 - оправка; 9 - покрытие
Различают ЭШН электродными проволоками, лентами, порошковым присадочным материалом, одно- или многоэлектродную, с плавящимся электродом.
Преимущества ЭШН:
- максимальная из всех способов наплавки производительность (до 150 кг/г);
- в 2-4 раза меньше энерговложение, чем при ручной дуговой наплавке, и в 1,5 раза меньше, чем при наплавке под слоем флюса;
- минимальный расход флюса и угар легирующих элементов, отсутствие разбрызгивания шлака и наплавочного материала;
- максимальная чистота по вредным
примесям и трещиностойкость.
Наплавка в среде защитного газа заключается в подаче в зону электрической дуги защитный газ, в результате чего столб дуги и наплавляемый жидкий металл изолируются от азота воздуха и кислорода (рис. 3).
В качестве защитных используют инертные газы (аргон, гелий, и их смеси), активные газы (диоксид углерода, азот, водород, водяной пар и их смеси) и смеси инертных и активных газов (например, 85% аргона и 15% диоксида углерода). Наибольшее применение для восстановления деталей получила механизированная наплавка в среде диоксида углерода плавящимся электродом.
Рисунок 3 - Схема наплавки в среде диоксида углерода:
1 - мундштук; 2 - электродная проволока; 3 - горелка; 4 - наконечник; 5 - сопло горелки; 6 - электрическая дуга; 7 - сварочная ванна; 8 - покрытие; 9 - восстанавливаемая деталь
Наплавка в среде защитного газа более производительна, чем автоматическая наплавка под слоем флюса (до 1,5 раз по массе и 40% по площади покрытия). Также можно заметить уменьшение тепловложения в деталь, но с повышением разбрызгивания металла и открытым светоизлучением [2].
На данный момент на постсоветском пространстве используется гораздо больше вариантов наплавки, чем было описано выше. Несмотря
на обилие вариантов метода, в статье были перечислены и описаны встречающиеся чаще всего способы наплавки, имеющие свои преимущества и недостатки. Несмотря на развитие технологий восстановления вышедших из строя или изношенных деталей, наплавка является одним из самых простым и дешевым способом восстановить работоспособность агрегата, один из элементов которого пришёл в негодность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хасуи, А. Наплавка и напыление / А. Хасуи, О. Моригаки // Пер. с яп, В. Н. Попова; Под ред. В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина. - М.: Машиностроение, 1985. - С. 98-106. - Текст : непосредственный.
2. Фрумин, И. И. Автоматическая электродуговая наплавка / И. И. Фрумин // Харьков: Металлургиздат, 1961. - С. 35-41. - Текст : непосредственный.
3. Сидоров, А. И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой / А. И. Сидоров // М.: Машиностроение; 1987. - С. 71-94. - Текст : непосредственный.
REFERENCES
1. Hasui A., Morigaki O. Naplavka i napylenie [Surfacing and spraying]. Per. s yap, V. N. Popova; Ed. V.S. Stepin, N.G. Shesterkin, Moscow, Mashinostroenie, 1985, pp. 98-106.
2. Frumin I.I. Avtomaticheskaya elektrodugovaya naplavka [Automatic electric arc surfacing]. Har'kov: Metallurgizdat, 1961, pp. 35-41.
3. Sidorov A.I. Vosstanovlenie detalej mashin napyleniem i naplavkoj [Restoration of machine parts by spraying and surfacing]. Moscow, Mashinostroenie; 1987, pp. 71-94.
Материал поступил в редакцию 25.03.2021
© Горбачёв Д.Р., 2021
