Сварка в ремонтном производстве находит очень широкое применение. Многие дефекты и повреждения устраняются сваркой, в том числе различные трещины, отколы, пробоины, срыв или износ резьбы и т. п. Сваркой называется процесс соединения металлических частей в одно неразъемное целое при помощи нагрева металла в местах соединения. При ремонте автомобильных деталей нагрев металла осуществляют газовым пламенем или электрической дугой. Так как детали изготавливаются из различных металлов (сталь, серый и ковкий чугун, цветные металлы и сплавы), то применяют соответствующий способ сварки.
Заваривают трещины на платформах и рамах, так же делают заплаты и разнообразные накладки и т.д.
Производят восстановление резьб путем наплавки с последующей обработкой и нарезанием резьбы плашкой или метчиком. Соответственно, ремонтируют наружные и внутренние резьбы.
Выбор технологии восстановления деталей:
Детали машин ремонтируют автоматической и полуавтоматической сваркой в углекислоте.
Автоматическая представляет собой полностью автономный процесс, нужно только лишь зафиксировать деталь и нажать кнопку, то же касается сварочных роботов.
При проведении ремонтно-восстановительных работ в автосервисе наиболее простой способ – полуавтоматической сварки, когда проволока подается с заданной скоростью, а горелка перемещается вручную вдоль шва. КПД полуавтомата существенно проще по сравнению с ручным инвертором и лучше качество шва. Газ, используемый для защиты: углекислота – активный , существенно окисляет расплавленную углеродистую сталь, а связывает и выводит кислород на поверхность марганец, в большом количестве присутствующий в проволоке 08Г2С. Сварка полуавтоматом в углекислоте идеальна для ремонта пальцев, фланцев карданных валов и т.д.
Популярна в деле ремонта и восстановления так же сварка под флюсом благодаря тому, что она обеспечивает высокую производительность и прочность, обеспечивая надежную защиту ванной. Она и названа так потому, что во время процесса дуга, зажженная между металлом и электродом скрыта под слоем флюса. Таким образом ремонтируют, например, распредвалы.
При небольшом износе на деталях с малым диаметром практикуют восстановление электроимпульсной наплавкой.
Сварка стальных деталей. Автомобильные детали изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали хорошо свариваются газовой сваркой. Труднее сваривать газовым пламенем стали с содержанием углерода более 0,4%, термически обработанные и легированные стали. Это связано с тем, что с повышением содержания углерода температура плавления углеродистой стали понижается и пламенем газовой горелки легко ее пережечь.
При сварке легированных сталей образуются тугоплавкие окислы, которые остаются в сварных швах и придают им хрупкость. Поэтому для деталей, изготовленных из высокоуглеродистых, термически обработанных и легированных сталей, рекомендуется применять сварки электрической дугой, так как температура сварочной зоны у нее ниже, чем у газовой сварки.
Сварка чугунных деталей имеет определенные трудности, так как серый чугун из твердого состояния сразу переходит в жидкое. При местном нагреве возникают большие внутренние напряжения, которые могут привести к появлению трещин в основном металле. Быстрое охлаждение деталей, особенно тонкостенных, ведет к отбеливанию чугуна в зоне сварки. Это придает чугуну высокую твердость и хрупкость, и деталь становится непригодной для механической обработки.
Сварку чугуна можно выполнять двумя способами: холодным, т. е. без предварительного нагрева детали, и горячим, при котором деталь предварительно подогревают в печи.
При горячей сварке деталь медленно нагревают до температуры 600—650°С в специальных печах или горнах. Чем больше содержание углерода в чугуне, тем медленнее должна быть скорость нагрева. Предварительный нагрев осуществляют при сварке и заварке трещин в ответственных деталях и деталях сложной конфигурации. После подогрева деталь помещают в термоизоляционный кожух со специальными задвижками или закрывают листовым асбестом, оставляя открытым только место сварки.
В процессе сварки допускается охлаждение детали до температуры 350—400°С. Если за это время сварка не закончена, то необходимо деталь вновь нагреть и продолжать сварку. После сварки деталь следует медленно охлаждать. Рекомендуется предусмотреть отпуск для деталей сложной конфигурации и разной толщины стенок. Для этого их нагревают до температуры 600—650°С и медленно охлаждают.
Сварку можно вести электрической дугой или газовым пламенем. При газовой сварке применяют нейтральное пламя или пламя с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадочного материала используют чугунные прутки диаметром 6—8 мм или малоуглеродистую сварочную проволоку. При сварке чугунными прутками применяют флюсы следующего состава; бура; смесь, состоящая из 50% буры, 47% двууглеродистого натрия и 3% окиси кремния; смесь, состоящая из 56% буры, 22% углекислого натрия и 22% углекислого калия. Флюс вносят в сварочную ванну путем погружения в него нагретого конца присадочного прутка.
Сварка деталей, изготовленных из сплавов цветных металлов. Латунные детали сваривают газовой сваркой. Применяют окислительное пламя с небольшим избытком кислорода. В качестве присадочного материала используют латунные прутки, содержащие кремний и алюминий, снижающие выгорание цинка из сварочной ванны.
Бронзовые детали также сваривают газовой сваркой. Сварочное пламя должно быть нейтральным. В качестве присадочного материала применяют бронзовые прутки с содержанием фосфора до 0,4%. Последний хорошо раскисляет металл шва и затрудняет выгорание олова и других примесей. После сварки деталь нагревают до 450—500°С, а затем быстро охлаждают.
Детали из алюминия и его сплавов лучше сваривать ацетилено - кислородным пламенем. При плавлении на поверхности сварочной ванны образуется тугоплавкая пленка окиси алюминия, которая препятствует процессу сварки. Температура плавления пленки окиси алюминия составляет 2050°С, ч.то значительно превышает температуру плавления сплава или алюминия, равную 660°С. Для растворения окислов и удаления их из сварочного шва применяют специальные флюсы. Наиболее распространенными являются два вида флюсов, имеющие в составе (%): первый— хлористого натрия—17, хлористого калия— 83; второй — хлористого калия — 45, хлористого натрия — 30, хлористого лития — 15, фтористого калия — 7, сернокислого натрия — 3.
В качестве присадочного материала используют прутки или кусочки такого же материала, из которого изготовлена деталь. Перед сваркой рекомендуется подготовленную деталь медленно нагреть до 250—300°С. Сварку следует вести быстро нормальным пламенем и держать мундштук сварочной горелки под углом наклона не более 30° к поверхности свариваемой детали. Для удаления остатков флюса и предотвращения коррозии шва осуществляют промывку его слабым раствором азотной кислоты с добавлением в раствор 2% хромпика. Для улучшения механических свойств сварного шва ответственные детали отжигают с нагревом до 300—350°С и последующим медленным охлаждением.
Все большее применение в ремонтном производстве находят полимерные материалы. Сущность процесса заключается в том, что на изношенные металлические поверхности детали наносятся тонкослойные пластмассовые покрытия. Нанесение покрытий осуществляют напылением. Применяют газопламенное, вихревое или вибрационное напыление. Материалами служат полимеры, которые подразделяются на три большие группы: пластики, эластомеры и волокна.
При ремонте находят применение в основном пластики. Они подразделяются на термопласты и реактопласты. Из термопластов при напылении применяют амидопласты (полиамиды). Полиамиды — твердые термопластические полимеры, плавящиеся при высокой температуре. По механической прочности и износостойкости они превосходят все другие виды пластмасс. Наибольшее применение получили полиамидные смолы марок П-54, П-68, П-548, АК-7, поликапролактам (капрон) и отходы капрона. Капрон используют для восстановления подшипников скольжения, шеек валов и пальцев, а также для изготовления втулок и в качестве декоративных и антикоррозийных покрытий. Из реактопластов широкое распространение получили эпоксипласты, связующими которых являются эпоксидные смолы. В ремонтном производстве наибольшее применение имеют эпоксидные смолы ЭД-5 и ЭД-6. Их используют для изготовления различных паст, которыми выравнивают вмятины в металлических обшивках кузовов; для приготовления клеевых композиций при заделке трещин в корпусных деталях, а также для клеевых составов, при помощи которых приклеивают, например, фрикционные накладки к тормозным колодкам и ведомым дискам сцепления.
При заделке трещин и восстановлении отверстий в корпусных деталях применяют клеевые композиции, состав которых указан в табл. 12.
12. Состав эпоксидного клея в весовых частях
Компоненты |
Состав |
||||
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
№ 4 |
№ 5 |
|
Эпоксидная смола ЭД-6 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Дибутилфталат |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
Чугунный порошок |
150 |
— |
— |
— |
— |
Окись железа |
— |
150 |
— |
— |
— |
Графит |
— |
— |
— |
50 |
— |
Молотая слюда |
20 |
20 |
— |
— |
— |
Алюминиевая пудра |
— |
— |
20 |
— |
90 |
Этрол |
— |
— |
— |
— ' |
90 |
Полиэтиленполиамин |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
Подготовка корпусной детали к заделке трещин осуществляется в такой последовательности. По концам трещины сверлят отверстия диаметром 3 мм. Разделывают ее при помощи шлифовального круга. Металлической щеткой зачищают поверхность корпусной детали вдоль трещины-и по обе стороны ее на расстоянии 10—15 мм.
Затем трещину и зачищенный участок обезжиривают бензином или ацетоном и насухо вытирают. Наносят тонкий слой клея, втирая его в трещину и по обеим сторонам от нее на ширину 10—15 мм. После небольшой выдержки (3—6 мин) наносят второй слой. По окончании заклеивания деталь выдерживают при комнатной температуре 20—24 ч до полного отверждения клея. Срок выдержки можно уменьшить, если корпусную деталь нагреть. Например, при нагреве до 60°С продолжительность отверждения составляет 4—5 ч.
Широкие трещины длиной более 400 мм заделывают заплатами из сетчатой стеклоткани. Рекомендуется устанавливать не более четырех заплат. Первую заплату шириной 15— 20 мм кладут на эпоксидный клей, предварительно внесенный при помощи шпателя в разделанную канавку. Заплата пропитывается клеем и уплотняется прикатыванием специальным роликом. Аналогично накладываются и остальные заплаты.
Клеевой композицией можно заделывать трещины в блоках двигателя, картерах сцепления, коробок передач, редукторов, корпусах водяных и масляных насосов, крышках картера сцепления и коробок передач и других деталях.
Ремонт деталей полимерными материалами (пластмассами) прост, экономичен и надежен. Ими можно наращивать поверхности для создания натяга в соединении или износостойкого покрытия, заделывать трещины и пробоины, склеивать детали, выравнивать поверхности, герметизировать соединения, надежно закрывать поры в любых деталях, даже в труднодоступных местах. Клеевые составы и пластмассы в ряде случаев успешно заменяют сварку и пайку, хромирование и осталивание, а иногда являются единственно возможными средствами восстановления.
При восстановлении изношенных поверхностей деталей электролитическим способом осуществляют наращивание следующих металлов: хрома, железа, никеля, меди. Электролитическое наращивание металла основано на явлении электролиза. Электролизом называется химический процесс, который протекает при прохождении электрического тока через электролит. Схема процесса электролиза показана на рис. 58. Молекулы электролита распадаются на ионы, обладающие электрическими зарядами. Всего образуется два рода ионов, из которых одни заряжены положительно (катионы), а другие отрицательно (анионы). При пропускании тока через электролит ионы приходят в движение и начинают перемещаться по двум направлениям: катионы направляются к катоду, а анионы — к аноду. Соприкасаясь с электродами, ионы разряжаются и превращаются в нейтральные атомы или группы атомов, которые выделяются из раствора в виде металла или образуют новые вещества. У кислот, оснований и солей положительно заряженными являются атомы водорода и металла, а отрицательно заряженными — кислотные остатки. Процесс электролиза протекает непрерывно, так как электролит пополняется все время новыми ионами за счет растворения анода. В качестве катода подвешивается в ванне деталь, подлежащая покрытию.
Технологические процессы электролитического осаждения состоят из трех групп операций: подготовки изношенной поверхности, осаждения и обработки наращенного слоя. Подготовка изношенной поверхности деталей заключается в механической обработке, обезжиривании, травлении и декапировании. При наращивании используют различные металлы, дающие наименование процессу и обеспечивающие необходимые свойства восстановленной поверхности.
Хромирование. Восстановление изношенных деталей наращиванием хромового покрытия возможно при небольших предельных износах. Хромированием не только восстанавливают первоначальные размеры деталей, но и увеличивают износостойкость. Применяется оно также и для декоративных покрытий. На катоде (восстанавливаемая деталь) происходит осаждение металлического хрома. Анодом служит пластина, изготовленная из свинца с примесью 5—10% сурьмы. В качестве электролита используется раствор хромового ангидрида, серной кислоты и дистиллированной воды.
Хромирование осуществляется в ванне, состоящей из двух баков, вставленных один в другой, облицованной с внутренней стороны кислотостойким материалом (винипластом или свинцом). Электролиты приготовляют из хромового ангидрида (150…250 г/л) и серной кислоты (1,5…2,5 г/л), растворяя их в дистиллированной воде. Покрытие проходит с наиболее высоким КПД при соотношении CrO3/H2SO4=100.
На бортах ванны с помощью изоляторов укреплены анодные и катодные латунные стержни, к которым подвешены свинцовые аноды и хромируемые детали. В качестве источников питания постоянного тока используют низковольтные генераторы АНД-500/250, АНД-1000/500, АНД-150/750 (в числителе указывается сила тока при напряжении 6 В, в знаменателе — при напряжении 12 В), селеновые выпрямители типа ВСМР, кремниевые выпрямители типа ВАКГ и др.
Необходимая температура электролита поддерживается водой, циркулирующей между двойными стенками ванны. Постоянство химического состава электролита обеспечивается периодическим добавлением в ванну хромового ангидрида.
Меняя температуру и плотность тока при неизменном составе электролита, можно получить три вида осадков хрома: молочные — мягкие, эластичные, обладающие высокой износостойкостью; блестящие — значительной твердости и хрупкости с мелкой сеткой трещин; матовые — высокой твердости, повышенной хрупкости и пониженной износостойкости.
При восстановлении деталей осаждают молочные и блестящие осадки.
Для повышения износостойкости деталей применяют пористое хромирование, которое хорошо удерживает масло, в результате чего обеспечивается жидкостное трение в соединениях с зазором. Важным свойством пористого хрома является его способность выдерживать большие удельные давления, а также высокие температуры.
Пористое хромирование применяется для повышения износостойкости рабочих поверхностей поршневых колец и пальцев, гильз цилиндров, шеек коленчатых валов, зубьев червячных шестерен и других деталей.
Декоративному хромированию подвергают передние и задние буфера легковых автомобилей, облицовку радиатора, дверные ручки и другие детали арматуры.
Осталивание. Электролитическое осталивание основано также на явлении электролиза. При осталивании наращивание подготовленной поверхности детали осуществляется электролитическим железом. Ремонтируемую деталь помещают в ванну с электролитом и подвешивают ее к катоду. В качестве анода используют пластины, изготовленные из малоуглеродистой стали. Наибольшее применение получил электролит следующего состава: двух- хлористое железо — 200 г/дм3, хлористый натрий—100 г/дм3, хлористый марганец — 10 г/дм3, соляная кислота — 0,5—0,8 г/дм3. Электроды соединяют с источником тока и пропускают через электролит постоянный ток. Процесс протекает при температуре 60—75°С и плотности тока 5—60 А/дм2. Получают слой толщиной до 1,5 мм с микротвердостью поверхности 600—650 кгс/мм2. Осталиванием можно получить при другом составе электролита слой толщиной до 3 мм и-выше. Можно восстанавливать детали с ремонтных до номинальных размеров, обеспечивая сохранение принципа взаимозаменяемости.
Осталиванием восстанавливают цилиндрические поверхности толкателей, клапанов, шейки под подшипники распределительных валов, валиков масляного и водяного насоса, валов сошек руля, поворотных цапф, подшипники скольжения и др.
Данный способ основан на использовании пластических свойств металла. Под пластичностью
понимают свойство металлов и их сплавов принимать соответствующую форму под влиянием давления и сохранять ее, когда давление прекращается.
В ремонтной практике наиболее распространенными видами рассматриваемого способа являются: осадка, правка, раздача и обжатие (рис. 59, а, б, в).
Восстановление давлением может осуществляться с нагревом и без нагрева детали.
При восстановлении деталей без нагрева требуются большие нагрузки. Пластическая деформация металла происходит без изменения его структуры за счет сдвигов частиц внутри зерен (кристаллов). В результате изменяются механические свойства: снижается вязкость и повышается твердость.
При восстановлении деталей с нагревом до температуры, равной 0,8-0,9 температуры плавления, необходимое усилие значительно снижается. Пластическое деформирование детали происходит вследствие сдвига целых зерен металла. При этом изменяются структура и механические свойства материала. В результате горячей обработки давлением механические свойства металла иногда можно улучшить.
Детали, изготовленные из сравнительно мягких низкоуглеродистых сталей (термически необработанные), а также цветных металлов и сплавов (латунь, бронза), обрабатывают давлением без нагрева.
При этом устраняют небольшие механические повреждения (легкие вмятины, прогибы и т. п.). Крупные детали и детали из сталей с содержанием углерода более 0,3%, а также обладающих малой вязкостью обрабатывают давлением (раздача, обжим) с нагревом.
При обработке давлением меняются форма и размеры детали, а также происходит некоторое изменение механических свойств и структуры металла. В результате холодной пластической деформации наблюдается наклеп, а при горячей деформации — окалина или обезуглероженный поверхностный слой.
Поэтому детали после восстановления давлением подвергают термической обработке.
Широко применяют правку. Правке подвергают балки передних мостов, лонжероны и поперечины рамы, коленчатые и распределительные валы, шатуны и другие детали.
Осадка применяется в основном для восстановления наружного и внутреннего диаметров полых деталей, например, бронзовых втулок, а также увеличения наружного диаметра сплошных деталей. Изменение размеров осуществляется за счет уменьшения длины детали.
Раздачей можно восстановить наружный диаметр трубчатых (полых) деталей или их поверхностей.
Данным способом восстанавливают поршневые пальцы, посадочные поверхности под кольца подшипников качения чашек дифференциала, цилиндрические поверхности кожухов и труб полуосей.
Обжатие применяется для уменьшения внутреннего диаметра втулок за счет уменьшения наружного диаметра. После обжатия наружный диаметр может быть восстановлен электролитическим наращиванием (осталивание или меднение) до номинального размера. Внутренний диаметр втулки также восстанавливается под номинальный или ремонтный размер.
Преимущества способа обработки деталей давлением — простота, невысокая трудоемкость, низкая стоимость и хорошее качество ремонта без применения дополнительного материала. Недостатки — изменение механических свойств детали, нарушение термообработки при нагреве, затраты на нагрев и последующую термообработку, а также возможность появления трещин. Чтобы избежать появления трещин, часто после обработки деталей давлением их подвергают отжигу, нормализации или отпуску.
Металлизацией называется процесс нанесения металлических покрытий на поверхность детали путем распыления жидкого металла струей сжатого воздуха или инертного газа. При этом применяются специальные аппараты — металлизаторы.
В зависимости от способа расплавления металла различают газовую и электрическую металлизацию. Последняя подразделяется на дуговую, высокочастотную и плазменно-дуговую металлизацию. В ремонтном производстве наиболее распространена электрическая металлизация, когда распыление металла осуществляется при плавлении проволоки или металлического порошка. Широко применяют проволочные металлизаторы ЛК-6а, ЛК-12, ЭМ-3, ЭМ-6, МВЧ-2, МВЧ-3.
С помощью металлизации можно восстанавливать изношенные плоские, наружные и внутренние цилиндрические поверхности; заделывать трещины на корпусных деталях; покрывать алюминием поверхность детали с целью повышения жаростойкости; получать псевдосплавы, обладающие высокими антифрикционными свойствами; осуществлять декоративные покрытия и т. д.
При восстановлении деталей металлизацией вначале осуществляют подготовку поверхности к нанесению покрытия, затем собственно металлизацию и последующую механическую обработку. Процесс металлизации включает три этапа: плавление твердого металла, распыление расплавленного металла и формирование покрытия.
Особое внимание уделяется подготовке детали к металлизации, так как от подготовительных операций во многом зависит прочность сцепления металлизованного слоя с основной деталью.
На плохо сцепляющиеся металлы и на детали, где нежелательна механическая обработка, наносится молибден, который хорошо соединяется со всеми металлами и полированными поверхностями.
Подготовка деталей к металлизации заключается в предварительной механической обработке металлизуемых поверхностей с целью исправления геометрической формы и обеспечения максимально допустимой толщины покрытия, а также для предотвращения разрушения (скола, отслаивания) металлизованного слоя при ударе в торец.
На края деталей наплавляют сваркой или оставляют иа них при механической обработке буртики. На поверхности детали прорезают канавки, кромки которых перед металлизацией слегка закатывают.
В этом случае происходит дополнительное механическое крепление металлизованного слоя.
Основной же подготовительной операцией перед металлизацией является нанесение «рваной» резьбы (для круглых деталей) или грубой обработки с крупным профилем шероховатости - для плоских деталей. Проникая во впадины грубой поверхности, металлизуемый металл обеспечивает большую сцепляемость с ремонтируемой деталью.
Процесс плавления металла происходит при горении и коротком замыкании электрической дуги и отличается высокой температурой, цикличностью и кратковременностью. Расплавленный металл подхватывается дутьевой струей воздуха (инертного газа) и распыляется на мельчайшие частицы с большой скоростью. Частицы достигают подготовленной поверхности детали в пластическом состоянии. Ударяясь о поверхность, они деформируются, наклёпываются, охлаждаются, образуя пористое, неоднородное покрытие. В последующем нанесенный слой обрабатывается механическим способом до нужного размера.
Практически металлизировать можно не только металлы, но и дерево, стекло, гипс и т. п. При металлизации получают слой различного металла толщиной от 0,03 до нескольких миллиметров, не вызывая перегрева детали. Положительным свойством металлизационного слоя является также то, что он обладает достаточно высокой износостойкостью при жидкостном и полужидкостном трении.
К недостаткам металлизации следует отнести в первую очередь недостаточно высокую прочность сцепления покрытия с металлом восстанавливаемой детали, значительную пористость и хрупкость слоя, трудности подготовки закаленных поверхностей детали к металлизации, значительные потери металла при плавлении и распылении, особенно при металлизации малогабаритных деталей. Металлизации нельзя применять для восстановления деталей, работающих при больших удельных давлениях на сдвиг и сжатие (кулачки распределительных валов, зубья шестерен и др.); без смазки или с периодически подаваемой смазкой.