Металлизация при ремонте вала
Рис. 57. Схема установки для электродуговой металлизации
На плоские поверхности деталей металл наносят при помощи металлизатора вручную, в специальных камерах.
Детали, имеющие цилиндрическую форму, закрепляют в центpax или патроне токарного станка, а металлизатор — на суппорте. Рассмотрим в качестве примера схему установки дляэлектродуговои металлизации. Установка (рис. 57) состоит из металлизационного аппарата, укрепленного на суппорте токарного станка. В аппарате имеются четыре ролика, которые с определенной скоростью подают проволоку с катушек по наплавляющим наконечникам в зону горения дуги, где происходит расплав электродов. К электродным проволокам подведен электрический ток от трансформатора. Одновременно по трубке подается инертный газ под давлением 0,5—0,6 МПа (5—6 кгс/см2)„ который, выходя из сопла, распыляет расплавленный металл и наносит его на поверхность детали.
Более прогрессивным методом распыления является высокочастотная металлизация, для которой используются специальные распылительные головки (рис. 58). Металл проволоки 5 плавится под действием токов высокой частоты в специальном индукторе, а затем при помощи сжатого инертного газа или воздуха наносится на поверхность ремонтируемой детали.
Электродуговые металлизаторы могут работать на постоянном и переменном токе.
Марку электродной проволоки при металлизации подбирают в зависимости от марки материала ремонтируемой детали и требуемых твердости и износостойкости напыленного слоя металла. Например, для ремонта стальных деталей применяется проволока марок Св-08, Св-ГА, Св-08ГС, Св-18ХГСА и др.
Диаметр электродной проволоки подбирается в зависимости от применяемой марки металлизатора и требуемой толщины напыленного слоя металла. На практике применяют проволоку диаметром от 1 до 2,5 мм.
Рис. 58. Схема распылительной головки высокочастотного металлизатора:
1 – индуктор; 2 -камера сжатого инертного газа; 3 – электродная проволока; 4 – подающий механизм; 5 – направляющий мундштук; 6 – концентратор вихревых токов с водяным охлаждением
Технологический процесс ремонта деталей металлизацией состоит из трех этапов: подготовки поверхностей деталей к металлизации; нанесения металлизационного покрытия и обработки деталей после металлизации.
Подготовка поверхностей деталей к металлизации является важным этапом, так как от нее зависит качество сцепления металлизационного покрытия с металлом детали.
Подготовка поверхности деталей к металлизации состоит из следующих операций: очистки и обезжиривания деталей от грязи, масел, окислов, мойки и сушки; создания шероховатости; защиты поверхностей, не подлежащих металлизации.
Создание шероховатости на металлизируемой поверхности детали может быть выполнено следующими способами: пескоструйной обработкой (сухим крупнозернистым кварцевым песком под давлением сжатого воздуха); обдувкой металлическим песком или дробью; нарезанием круглой или «рваной» резьбы, накаткой и т. п.
Глубина нарезания «рваной» резьбы должна быть не более 0,6 мм, поэтому «рваную» резьбу рекомендуется наносить на поверхности деталей большого диаметра, а толщина металлизационного покрытия должна быть не менее 1—1,5 мм.
Пескоструйная обработка и обдуша металлическим песком или дробью являются наиболее эффективными способами подготовки. Для получения прочного сцепления с основным металлом толщина покрытия детали диаметром от 25 до 100 мм должна быть не менее 0,5—0,8 мм. Поверхности деталей, не подлежащие металлизации, защищают плотной бумагой, картоном или тонкой листовой сталью. Отверстия, пазы, шпоночные канавки закрывают деревянными или .резиновыми пробками. Время между подготовкой поверхности к металлизации и металлизацией не должно превышать 2 ч.
Нанесение металлизационного покрытия. Цилиндрические поверхности деталей металлизируют на токарных: станках, плоские — в специальных камерах.
При металлизации на токарных станках деталь получает вращательное движение с окружной скоростью от 15 до 20 м/мин, а металлизационный аппарат совершает продольное движение подач» от 1 до 10 мм/об.
Расстояние от сопла до металлизируемой поверхности может быть 80—150 мм.
Напряжение при электродуговой металлизации составляет 25— 35 В, сила тока—80—120 А и давление воздуха или инертного газа—0,5—0,6 МПа (5—6 кгс/см2).
Ось конуса распыла должна быть на 1—2 мм ниже оси вращения детали.
Обработка деталей после металлизации. В зависимости от требуемой шероховатости и точности металлизированные цилиндрические поверхности деталей обрабатывают на токарных и шлифовальных станках, а плоские поверхности — на станках, или вручную.
Контроль качества. В напыленном слое могут возникать следующие дефекты: трещины, отслоения, крупные раковины. Качества-напыленного слоя контролируют внешним осмотром, замерами твердости, просвечиванием рентгеновскими лучами и т. д.
Оборудование для металлизации. В состав установки для электродуговой металлизации цилиндрических поверхностей деталей? входит следующее оборудование: токарный станок, станочный ме-таллизатор марки ЭМ-12 или ЭМ-66, компрессорная установка (ила баллон с инертным газом), сварочный трансформатор марки СТН-350 (или сварочный преобразователь типа ПСО-300, ПСУ-300)„ воздухорегулирующая и масловлагоотделяющая аппаратура с трубопроводами, катушки для проволоки.
Для металлизации плоских деталей вместо токарного станка применяется специальная камера, а вместо станочного — ручной? металлизатор марки ЭМ-9, или ЭМ-14. Остальное оборудование-остается такое же, как для металлизации деталей, имеющих цилиндрическую форму. В состав установки для высокочастотной металлизации входит следующее оборудование: токарный станок (для; металлизации плоских деталей — специальная камера), металлизатор марки МВЧ-1 или МВЧ-2, компрессорная установка (или: баллон с инертным газом), воздухорегулирующая и масловлагоотделяющая аппаратура с трубопроводами, катушка для проволоки,, генератор мощностью 10—12 кВт и частотой тока 300 кГц.
В состав установки для газопламенной металлизации входит следующее оборудование: токарный станок (для металлизации плоских деталей — специальная камера), ацетиленовый генератор,, кислородный баллон с газорегулирующей аппаратурой и шлангами, компрессорная установка (или баллон с инертным газом), газовый металлизатор марок МГИ-2, МГИ-1-57, МГИ-5, катушка для проволоки.
Для плазменной металлизации применяются специальные установки марок УПУ-3, УПУ-ЗМ, УМП-4-64.
Организация рабочих мест. Оборудование и производственный инвентарь следует располагать согласно действующим нормам в специально отведенном помещении. На участке металлизации, кроме вышеперечисленного оборудования, должны быть установлены шкафы для инструмента и приспособлений, стеллажи для деталей и хранения проволоки, а также вертушки для разматывания проволоки. Рабочее место должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией. Все трубопроводы (шланги) и кабели должны «быть размещены так, чтобы не мешали выполнению работ. Для облегчения работы ручные металлизаторы рекомендуется подвешивать на подвесках.
Ремонт деталей металлизацией успешно применяется в практике ремонтных заводов. В отличие от сварки деталь при металлизации не подвергается нагреванию, и металл не меняет своих свойств.
Сущность процесса металлизации состоит в расплавлении металла и распылении его сжатым воздухом на мелкие частицы,, которые, двигаясь с большой скоростью, попадают на заранее подготовленную поверхность обрабатываемой детали, образуя на ней металлическое покрытие.
Процесс распыления металла сопровождается значительными изменениями физического и структурного состояния распыливаемого металла и изменением его химического состава. Вследствие этого металлическое покрытие имеет своеобразные строение и физико-механические свойства, которые существенно отличаются от свойств исходного металла.
Основными преимуществами металлизации являются:
1) возможность получения больших слоев наращиваемого металла (до 10 мм), что дает возможность ремонтировать детали с большим износом;
2) нагрев ремонтируемой детали во время металлизации не превышает 70°, вследствие чего термообработка, структура и механические свойства металла детали после металлизации не изменяются;
3) благодаря пористости металлизированного слоя он способен поглощать масло (до 10—15%) и хорошо удерживать смазку, что обеспечивает хорошую износостойкость детали;
4) возможность получения покрытия из любого металла и нанесения его на детали из любого материала (стали, чугуна, алюминия, бронзы и др.), любых размеров и конфигураций;
5) возможность получения псевдосплавов (например, алюминия и свинца, меди и свинца и др.).
Металлизация обладает рядом недостатков: прочность сцепления покрытия с основным металлом получается невысокая, механическая прочность металла покрытия пониженная, при металлизации мелких деталей возникают крупные потери металла.
Первые опыты металлизации распылением относятся к 1929— 1930 гг. С 1932 г. металлизация начинает применяться для ремонта деталей машин. Однако необходимость использования ацетилена и кислорода и ряд других неудобств создали затруднения и ограничивали применение газовой металлизации в ремонте.
В отличие от зарубежных стран, где пользуются преимущественно газовыми аппаратами, в Советском Союзе применяют в основном электрометаллизационные аппараты.
В последнее время положительные результаты получены при применении высокочастотных металлизаторов. Этот способ должен получить самое широкое применение при ремонте деталей машин.
Источник
Восстановление деталей машин металлизацией. Методы металлизации и область их применения
Характеристика и область применения металлизации. Металлизация является наиболее распространенным методом восстановления изношенных поверхностей и заключается в нанесении на деталь покрытия без расплавления ее поверхностного слоя. Покрытия наносятся на металлы, пластмассы, стекло, дерево, керамику и другие материалы, так как в процессе напыления температура изделия изменяется незначительно и обычно не превышает 150—200°С, что выгодно отличает ее от наплавки. Для создания покрытий используются различные металлы, сплавы и их соединения (оксиды, нитриды, карбиды и др.). Толщина покрытия наружных поверхностей тел вращения может быть 0,3—10 мм и более без ухудшения прочности сцепления. При металлизации внутренних поверхностей деталей типа втулок предельной считается толщина 2,5—3,0 мм, так как при большей толщине возможно отслаивание покрытия под действием внутренних напряжений.
Область применения металлизации при восстановлении деталей: — восстановление изношенных наружных и внутренних поверхностей деталей машин преимущественно цилиндрической формы (например, валов, штоков, втулок, вкладышей подшипников, цельных подшипников и др.);— создание на деталях поверхностного слоя с определенными свойствами (износостойкого, коррозионно-стойкого, антифрикционного, жаростойкого, сповышенной теплопроводностью или электропроводностью и т.д.);нанесение защитно-декоративных покрытий.
Применение металлизации особенно эффективно при восстановлении крупных деталей, когда стоимость металлизации не превышает 10 % стоимости детали. Механизм металлизации состоит в следующем. Напыляемый металл в виде проволоки, прутков, шнуров или в порошкообразном состоянии расплавляется в специальной установке каким-либо источником тепла и с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа распыляется на мелкие частицы размером от 3 до 300 мкм, которые этой же струей переносятся на специально подготовленную поверхность детали. Большинство частиц металла за время полета от зоны плавления до поверхности детали, охлаждаясь, переходят из жидкого состояния в пластичное или твердое. При ударе о деталь твердые частицы расплющиваются, охватывая неровности на ее поверхности, и сцепляются с нею. Кроме того, расплющенные и разорванные края соседних частиц переплетаются и прочно соединяются между собой. В результате соударения между собой и с деталью частицы металла образуют на ее поверхности покрытие. Чем больше скорость частиц, а следовательно, сила удара, тем прочнее сцепление частиц с деталью и между собой.
Напыление покрытия осуществляется на практически холодную подложку, поэтому при охлаждении капель (частиц) напыляемого слоя в нем возникают внутренние («усадочные») напряжения. Таким образом, напыляемый металл соединяется с деталью за счет механического сцепления, адгезии, частично сварки и действия внутренних напряжений.
При газотермическом напылении источником тепловой энергии является пламя, образующееся в результате горения смеси кислорода и горючего газа (ацетилена, метана и др.). При электродуговом и плазменном напылении им является электрическая дуга, горящая между электродами в потоке газа, при индукционном — тепло, выделяющееся в наплавляемом изделии и материале под действием индуцированных в них токов, а при детонационном методе — энергия взрыва.
Для электродугового напыления в качестве присадочного материала используют проволоку, для детонационного — порошок, а для газопламенного и плазменного методов — оба вида материала. Широкое применение в ремонтном производстве получили электротермические методы напыления, при которых расплавление присадочного материала осуществляется теплом, образованным с использованием электрического тока: электрической дугой, индукционным нагревом и плазменной струей. Вид источника расплавления металла определяет особенности электродугового, плазменного и высокочастотного методов напыления, каждый из которых характеризуетсяопределенными достоинствами и недостатками, а также областью их эффективного применения,
В общем случае он включает следующие основные операции: очистка и обезжиривание детали; предварительная механическая обработка напыляемых поверхностей; формирование на напыляемой поверхности определенного рельефа и шероховатости; защита не подлежащих напылению поверхностей; удаление технологических загрязнений; нанесение покрытия; очистка детали и снятие с нее защитных устройств, окончательная обработка детали; контроль качества обработки и покрытия. В ряде случаев для повышения прочности сцепления металлизированного слоя с деталью и его качества применяют указанные выше специальные методы, а также регулируют скорость охлаждения детали после металлизации.
Защита поверхностей детали, не подлежащих напылению. Участки детали, не подлежащие металлизации, защищают от попадания на них распыленного металла с помощью экранов из жести, асбестовых листов или других материалов. Отверстия и каналы должны быть закрыты пробками (заглушками).
Процесс металлизации при этом виде напыления осуществляется за счет энергии, выделяющейся при детонации— процессе химического превращения взрывчатого вещества, который происходит в очень тонком слое и распространяется по взрывчатому веществу в виде особого вида пламени со сверхзвуковой скоростью (в газовых смесях 1000—3500 м/с).
В установках для металлизации в качестве взрывчатого вещества используется смесь кислорода и ацетилена, детонация которой представляет разновидность горения газового топлива
Источник