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.