Применение газопламенной наплавки для восстановления навесного оборудования сельскохозяйственных машин

Министерство образования  и науки молодёжи и спорта Украины

Запорожский национальный технический  университет

 

 

 

Кафедра ОТСП

 

 

 

 

 

«Применение газопламенной наплавки для восстановления навесного оборудования сельскохозяйственных машин»

Реферат

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

ст. гр. ИФ-419         Е.С. Магда

 

 

Проверил                  И.М. Билоник

 

 

 

 

2012

         Содержание

 

Введение………………………………………………………………………….….3

1. Сущность метода газопламенной наплавки….……………….…………….…..5

2. Материалы для наплавки………………………………………………….……..10

3. Восстановление навесного оборудования сельскохозяйственной техники…12

Выводы…………………………………………………………………………….....14

Перечень ссылок….……………………………………………………………….....15

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Различными отраслями  промышленности и сельского хозяйства  ежегодно расходуется сотни тысяч  тонн металла на изготовление запасных частей и замену ими быстроизнашивающихся деталей: различного рода штампов, рабочих  органов дробильных механизмов, деталей  землеройных машин, валков прокатных  станов, почвообрабатывающих машин  и других деталей. При этом затрачивается  большое количество труда, увеличиваются  простои агрегатов для замены изношенных деталей, снижается производительность машин и аппаратов. Поэтому повышение  износостойкости и срока службы машин весьма важная задача науки  и производства особенно в современных  условиях, когда оборудование всех предприятий существенно изношено, а перспективы его замены в  ближайшее время нет в связи  с общим падением производства и  отсутствием средств для оплаты заказов на изготовление или покупку  новых машин и механизмов.

Повышение износостойкости  и срока службы машин может  быть достигнуто одним из следующих  методов: рациональным конструированием, соответствующим выбором материала, термической или химико-термической  обработкой, и износостойкой наплавкой.

Наиболее универсальным, экономичным и широко применяемым  в народном хозяйстве средством  восстановления и изготовления деталей  машин и механизмов, придания им специальных качеств, способствующих росту износостойкости, является наплавка. Этот процесс представляет собой  нанесение на специально подготовленную поверхность изготовляемых или  ремонтируемых деталей расплавленного присадочного металла, образующего  с поверхностными слоями основного  металла сплав с высокими механическими и служебными свойствами. На сварку и наплавку приходится около 80% всех восстанавливаемых деталей. Кроме того, восстановление изношенных деталей наплавкой экономически выгодно, так как при этом снижается себестоимость процесса в среднем на 4% по сравнению со стоимостью изготовления новых деталей при сохранении срока их службы.

Наплавка даёт возможность  получать на рабочих поверхностях деталей  слои практически любой толщины  и химического состава; создавать  наплавленный слой с разнообразными свойствами, т.е. высокой твердостью и износостойкостью, а так же слои антифрикционные, кислотостойкие, жаропрочные  и т.д. В результате увеличивается  срок службы отдельных деталей и  сокращается расход металла. Вместе с тем для наплавки быстроизнашивающихся деталей сельскохозяйственной техники  следует выбирать такие методы, для  которых можно использовать доступные  исходные материалы при их невысокой  стоимости.

 

 

1 СУЩНОСТЬ МЕТОДА ГАЗОПЛАМЕННОЙ НАПЛАВКИ

 

Наплавкой называется процесс  нанесения присадочного слоя металла  на основной металл, который расплавляется  на небольшую глубину. Наплавку применяют  для восстановления изношенных деталей  и для придания поверхностному слою металла особых свойств - коррозионной стойкости, твердости, стойкости против износа и др. Наплавка осуществляется металлом того же состава, что и основной, или другим, отличающимся по химическому  составу от основного металла.

Наиболее широко наплавка применяется при ремонтных работах. Восстановлению подлежат корпусные  детали различных двигателей внутреннего  сгорания, распределительные и коленчатые валы, клапаны, шкивы, маховики, ступицы  колес и т.д. наплавку можно производить  почти всеми известными способами  сварки плавлением.

Газопламенное напыление  осуществляется при нагревании напыляемого  материала газовым пламенем горелок, работающих на газовых смесях ацетилен-кислород или пропан-бутан, до его расплавления и последующего напыления на восстанавливаемую  поверхность струей сжатого воздуха. В качестве материала для газопламенного напыления применяют порошки, проволоку  и шнуры.

При помощи пламени газосварочной  горелки выполняют наплавку поверхностей изношенных деталей, наплавку твердых  сталей и т.д. Этот метод позволяет  придать детали необходимый размер, восстановив ее первоначальные размеры, или придать ее наплавленной зоне определенные свойства. Производительность газопламенной наплавки небольшая, поэтому ее применяют для небольших  деталей. Положительным качеством этой наплавки является то, что она позволяет гибко и независимо регулировать нагрев основного и присадочного металла. Применяется газопламенная наплавка в основном для наплавки латуни, черных металлов и твердых сплавов на сталь и чугун.

Наплавка газокислородным  пламенем имеет ряд достоинств и  недостатков по сравнению с дуговой  наплавкой.

При газопламенной наплавке легче поддается регулированию  степень нагрева основного и  присадочного металла (благодаря раздельному  нагреву). Кроме того, газокислородное  пламя защищает наплавленный металл от окисления его кислородом воздуха, препятствует испарению элементов, входящих в состав наплавленного металла.

Недостатком газопламенной  наплавки являются несколько меньшая  производительность и увеличенная  зона нагрева основного металла. Увеличение зоны нагрева приводит к  несколько большим остаточным напряжениям  и деформациям, чем при дуговой  наплавке.

При газопламенной наплавке на поверхность основного металла  направляют пламя, не доводя его до расплавления. После этого дают присадку и, расплавляя ее, добиваются растекания по горячей поверхности. Небольшие  детали наплавляют без предварительного нагрева, крупногабаритные детали подвергаются предварительному или сопутствующему подогреву до температуры 500-700 °С.

Как и при сварке, в  процессе наплавки используются флюсы. Также используются правый и левый  способы наплавки.

Газовая наплавка применяется  особенно широко для латуней. Медь и  бронзу обычно наплавляют электродуговым способом. Часто применяют газокислородную  наплавку для белых чугунов (например, марок Б4, X;). Твердость наплавленного  слоя при этом достигает 45-50 HRC.

Достаточно широко применяется  наплавка твердыми сплавами. Обычно твердые  сплавы наплавляются на детали, которые  должны обладать повышенной износостойкостью — штампы, режущий инструмент, буровой  инструмент, детали прокатных станов и т. д.

Наилучшее качество достигается  при наплавке твердых сплавов  на детали из углеродистых сталей (с  содержанием углерода не более 0,6%), из ванадиевых, а также из хромоникелевых сталей.

Наплавка на стали, склонные к закалке, а также на чугуны, требует  особого подхода. Перед наплавкой  детали предварительно подогревают, а  после нее — медленно охлаждают. Кроме того, используются соответствующие  флюсы.

В качестве присадочного металла  при наплавке твердых сплавов  используют литые сплавы в виде прутков, наплавочную проволоку, зернистые  сплавы, трубчатые наплавочные стержни.

Газопламенное напыление  порошковыми материалами осуществляется при подаче порошка, как правило, вдоль оси факела в его внутреннюю часть под действием собственного веса частиц распыляемого материала  или с помощью транспортирующего газа (рис. 1.1). При использовании для напыления проволоки и шнуров их подачу осуществляют в восстановительную часть пламени. Газопламенное напыление может производиться без оплавления (для не испытывающих деформаций деталей, работающих при температуре ниже 350 °С в условиях нагружения без знакопеременных нагрузок) при восстановлении наружных и внутренних цилиндрических поверхностей подвижных и неподвижных соединений с предусмотренным последующим оплавлением газокислородным пламенем или токами высокой частоты. Данный способ восстановления деталей используют в случаях повышенных требований к износостойкости и прочности сцепления покрытия с основным металлом детали, а также при необходимости одновременного оплавления при восстановлении деталей из чугуна или стали, если толщина наносимого покрытия составляет 1,3… 1,8 мм на сторону.

Рис. 1.1 Схема газопламенного напыления порошкового материала с помощью транспортирующего газа: 1 — сопло; 2 — факел; 3 —  покрытие; 4 — подложка

Процесс нанесения порошковых покрытий осуществляется на специальных  аппаратах, выполненных на базе горелок  для ручной газовой сварки, но отличающихся от них наличием специального питателя (бункера) с порошковым материалом.

При нанесении порошковых покрытий этим способом необходимо выполнять  следующие операции:

• подготовить деталь, подлежащую восстановлению, к нанесению порошкового покрытия, подвергнув ее пескоструйной или дробеструйной обработке с целью удаления загрязнений и следов коррозии и создания необходимой шероховатости восстанавливаемой поверхности для обеспечения более надежного сцепления наносимого покрытия с основным металлом;
• выбрать и подготовить к внесению в бункер газовой горелки порошковый материал для напыления;
• установить деталь, подлежащую восстановлению, в центрах токарного или на столе фрезерного станка;
• подсоединить горелку к баллонам с кислородом и ацетиленом и компрессору подачи транспортирующего воздуха;
• заполнить бункер горелки порошком для напыления;
• включить привод станка, обеспечивая перемещение детали, подлежащей восстановлению;
• открыть вентили подачи кислорода и ацетилена (именно в такой последовательности);
• разжечь горелку;
• включить компрессор подачи транспортирующего воздуха;
• открыть вентиль подачи транспортирующего воздуха;
• произвести напыление предварительного слоя;
• перекрыть подачу транспортирующего воздуха;
• перекрыть подачу ацетилена и кислорода;
• выключить привод станка, остановив движение детали;
• проверить качество нанесения предварительного слоя;
• заполнить бункер горелки порошком, далее в указанной последовательности включить привод станка, открыть вентили подачи кислорода и ацетилена, разжечь горелку, включить компрессор подачи транспортирующего воздуха;
• нанести порошковое покрытие на поверхности детали, подлежащей восстановлению, обеспечив необходимую его толщину (контроль толщины покрытия осуществляется периодически при прерывании процесса напыления);
• перекрыть в указанной последовательности подачу транспортирующего воздуха, ацетилена и кислорода, выключить привод станка, остановив движение детали, проверить качество нанесенного покрытия.

 

 

 

 

 

 

 

2 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ

 

Присадочные материалы для  газовой наплавки. Для газовой  наплавки стали, чугуна, меди и ее сплавов, сплавов на основе никеля и кобальта в качестве присадочных материалов могут использоваться сплошные проволоки  и прутки по соответствующим стандартам. В частности, для наплавки стали  можно применять наплавочные  проволоки по ГОСТ 10543-75 и сварочные  по ГОСТ 2246-70, а для наплавки чугуна литые прутки по ГОСТ 2671-80. Прутки диаметром 4, 6, 8 мм отливают длиной 250-450 мм, а диаметром 10, 12, 14, 16 мм - 450-700 мм. Поверхность прутков  должна быть чистой и свободной от шлака, формовочной земли, пригара, ржавчины. В изломе прутков не допускаются  зазоры и шлаковые включения.

Для газовой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударами (рабочие органы почвообрабатывающих  и дорожных машин, зубья ковшей экскаваторов и т.п.), по ГОСТ 21449-75 производят литые  прутки ПР-С1 (тип наплавленного металла  У30Х28Н4С3); ПР-С2 (тип наплавленного  металла У20Х17Н2); ПР-С27 (тип наплавленного  металла У45Х28Н2ВМ). Диаметр прутков  из этих сплавов 4, 6 и 8 мм, длина 300-500 мм. Сплавы на основе кобальта (стеллиты) обладают высокой коррозионной стойкостью в  различных средах. Они хорошо работают в условиях абразивного и эрозионного  изнашивания, ударных нагрузок и  трения металла по металлу. При этом кобальтовые сплавы сохраняют свои эксплуатационные свойства при повышенных температурах (до 750 С). Для газовой наплавки литые прутки на основе кобальта производят по ГОСТ 21449-75. Литые прутки Пр-В3К (тип наплавленного металла У10К63Х30В5Н2) применяют для наплавки клапанов и седел двигателей внутреннего сгорания; уплотнительных поверхностей деталей энергетической, нефтяной арматуры; ножей и т. п.; прутки Пр-В3К-Р (тип наплавленного металла У20К57Х30В10Н2Р) в основном предназначены для наплавки режущего инструмента, зубьев рамных пил и т. п.

Металл, наплавленный зерновым релитом в трубках и ленточным  релитом, отличается особо высокой  износостойкостью в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Эти материалы применяют для газовой наплавки шарошек буровых долот, замков и муфт бурильных труб, рабочих органов горнодобывающего оборудования и т. п.

Для газопорошковой наплавки используют порошки легкоплавких сплавов  на основе никеля (колмонои) и кобальта (стеллиты). Грануляция частиц для этого  способа наплавки меньше или равна 100 мкм. Наплавленный металл на основе никеля обладает коррозионной стойкостью в различных средах и хорошо работает при трении металла по металлу  при нормальных и повышенных температурах. Поэтому порошки на основе никеля, так называемые самофлюсы, ПГ-СР2 (тип  наплавленного металла Н80Х15С2Р2), ПГ-СР3 (тип наплавленного металла  Н80Х15С3Р3) и ПГ-СР4 (тип наплавленного  металла Н80Х17С4Р4) применяют для  наплавки уплотнительных поверхностей арматуры тепловых и атомных электростанций, деталей стеклоформирующей оснастки и т. п. Порошки на основе кобальта по химическому составу и свойствам  соответствуют упомянутым выше литым  пруткам кобальтовых сплавов.

Следует отметить, что все  наплавочные материалы на основе никеля и кобальта, а также трубчатый  и ленточный релит весьма дороги и их применение для наплавки ограничено достаточно узкой номенклатурой  деталей.

 

 

 

 

3 ВОССТАНОВЛЕНИЕ НАВЕСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

 

Установлено, что одна из наиболее срабатываний деталей плугов - лемех. Известно, что сопротивление  лемеха составляет 50-70% сопротивления  корпуса плуга. То есть от состояния  лемеха, толщины режущей кромки и  угла заострения зависит общее сопротивление  плуга. Чаще применяют долотообразные орала. Изготавливают их из специальной  лемешной стали Л-53, Л-65. Носок и  лезвие лемеха закаляют и отпускают  на ширину 15-20 мм. Лезвие лемеха обостряют  до толщины 1 мм и угла не более 40. Лемех, сработанный к ширине менее 108 мм (проверяют с помощью специального шаблона), восстанавливают оттягиванием к нормальной профиля с отклонением по ширине не более 5 мм, а по длине - не более 10 мм благодаря металла тыльной стороны (магазина). Оттягивание выполняют не более четырех-пяти раз. Поверхность оттянутого лемеха должна быть ровная, без трещин. Отклонение его стенки от плоскостности допускается не более 2 мм, выпуклость рабочей поверхности лезвия - до 4 миллиметров.

После оттягивания лемех  обостряют с лицевой стороны, затем нагревают до 700 ... 800°С и закаливают на ширину 20-25 мм в соленой 10%-ной воде при температуре 40 ° С в течение 6 с со стороны лезвия до твердости 440-650 НВ и отпускают по t = 350 ° С с охлаждением на воздухе. Для повышения устойчивости против износа лезвие лемеха изготавливают самозатачивающихся, наплавляемая его тыльная сторона твердым сплавом "Сормайт № 1". Перед наплавкой в лемеха оттягивают полосу шириной 25-30 мм со стороны лезвия и участок шириной 55-65 мм у носка. Толщина наплавленного слоя должна составлять 1,4-2 мм. В ремонтных мастерских предприятий АПК наплавки осуществляют ацетилено-кислородным пламенем проволокой диаметром 6 мм с "Сормайту № 1". Когда срабатывания составляет 18-22 мм (ширина лемеха - менее 92-90 мм), лемех восстанавливают приваркой дополнительной полосы, изготовленной из бракованных лемехов или с полосовой, специального профиля, стали 45. Для этого предварительно отрезают сработанную часть лемеха с помощью воздушно-плазменной или воздушно-газовой горелки.

Для снижения себестоимости  восстановления лемехов предложена оригинальная технология создания условий самозаострения лезвия лемеха вместо нанесения твердого сплава "Сормайт" с дальнейшим оплавлением (дополнительные затраты), а именно: приварены полосу (сталь 45) обработать электрофрикционным способом. Применение электрофрикционного способа укрепления рабочих поверхностей сельхозмашин позволяет одновременно еще и обострять до нужной толщины и угла рабочую поверхность лезвия. Причем жесткость обработанной поверхности достигает HRC 48-52 сравнению с необработанной поверхностью - НВ 280-320. Сравнительные испытания лемехов, восстановленных с применением электрофрикционной обработки и наплавленных сплавом "Сормайт", показали, что первые имеют наработки на отказ в пределах 25-27 гектаров.

Технологический процесс восстановление лемеха по новой технологии состоит из выполнения такого ряда последовательных операций: очистка - дефектирование - подготовка лемеха к восстановлению - подготовка дополнительных деталей - предварительное приварки дополнительных деталей - приварки дополнительных деталей по всей длине - зачистка сварочных швов - электрофрикционная обработка - контроль качества восстановления. Положительные результаты укрепление рабочих органов почвообрабатывающих машин получили после нанесения карбидных псевдосплавов. Внесение в жидкую ванну расплавленного металла карбидов в виде порошков позволяет получить псевдосплавы, сохраняющие первоначальный состав и структуру, а значит, и высокие износостойкие свойства.

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

Повышение долговечности  нераздельно связано с проблемой износостойкости машин, агрегатов и особенно рабочих органов, от которых зависит качество технологического процесса. Современные ремонтные производства, различные по специализации, восстанавливают детали с одновременным упрочнением, так как это способствует повышению ресурса отремонтированных машин. С этой целью используют эффективные методы восстановления деталей износостойкими порошковыми материалами, применяемыми при газопламенной наплавке и напылении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

 

1. Кондратьев Е.Т. Восстановление наплавкой деталей сельскохозяйственных машин. – М.: Агропромиздат, 1989 – 95 с.

2. Шеенко И.Н., Орешкин В.Д., Репкин Ю.Д. Современные наплавочные материалы. – К.: Наукова думка, 1970. – 228 с.

3. Сварочные работы: учебное пособие для начального профессионального образования / В.И. Маслов. - 6-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2007. - 240 с.

4. Попов С.Н. Физические и материаловедческие основы изнашивания деталей машин.

5. Лившиц Л.С. Наплавочные материалы и технология наплавки для повышения износостойкости и восстановления деталей машин.//Сварочное производство. – 1991. - №1. – с. 15 – 17.

6. Лившиц Л.С., Породин А.М., Левин С.М. Износостойкость инструментально-го мартенситно-стареющего наплавленного металла в условиях ударно-абразивного воздействия.//Сварочное производство. – 1987. - №10. – с. 14 – 16.

7. "Справочник сварщика". Под ред. В.В. Степанова