Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Эксплуатация и ремонт трамваев и троллейбусов

Восстановление металлизацией и электроискровой обработкой

Восстановить изношенную часть поверхности детали можно нанесением на иее в распыленном виде расплавленного металла (рис. 39). При этом способе присадочный материал подается в металлизатор, где расплавляется, затем струей сжатого воздуха или инертного газа распыляется на мельчайшие частицы и наносится на изношенную поверхность. Плавка металлической заготовки осуществляется ацетилено-кислородным пламенем, электрической дугой, токами высокой частоты и плазмой. Размеры частиц после распыления составляют от 0,002 до 0,3 мм.

Металлизация может выполняться сталью, медью, бронзой, латунью, цинком, оловом, алюминием и рядом их сплавов.

Достоинство этого способа восстановления возможность наносить слой металла толщиной от 0,03 мм до нескольких миллиметров. Практически слой металла можно наносить на поверхность любого материала, так как при этом не происходит интенсивного ее разогрева. Причиной, ограничивающей широкое использование этого -способа, является недостаточно высокая прочность сцепления поверхности материала со слоем наносимого металла. К недостаткам способа можно отнести также низкий коэффициент полезного использования присадочного материала и ряд трудностей, возникающих при подготовке поверхности под металлизацию. На работоспособность слоя металлизации влияет главным образом структурная характеристика напыленного металла и прочность сцепления покрытия с поверхностью, которые находятся в зависимости от массы и размера распыленных частиц металла, скорости их движения, температуры, материала электрода, качества подготовки поверхности, на которую наносится слой металла, и ряда других факторов, сопровождающих процесс металлизации. Процесс восстановления деталей металлизацией включает в себя подготовку поверхности к металлизации, собственно металлизацию и последующую механическую обработку поверхности детали. Подготовка к металлизации, обеспечивающая надежное сцепление поверхности детали с напыленным слоем, заключается в придании этой поверхности возможно большей шероховатости. Подготовка путем механической обработки (допускается придавать поверхности вид рваной резьбы) несколько снижает усталостную прочность и предел выносливости детали, так как при этом образуются многочисленные концентраторы напряжений. При подготовке поверхности электроэрозионным способом или анодно-механнческой обработкой также снижаются показатели прочности вследствие изменения свойств поверхностного слоя и возникновения многочисленных микротрещин. Более рациональным следует считать такой способ подготовки поверхности, который при некотором снижении прочности сцепления обеспечивает более высокую поверхностную прочность детали. К таким способам относятся накатка, обдув дробью или стальной крошкой. Поверхности, не подлежащие металлизации, должны быть защищены от попадания распыленных частиц асбестовым покрытием

или смазкой. Процесс металлизации оказывает влияние на прочность сцепления и структуры напыленного слоя. Плавление металла электрода идет при высокой температуре, что способствует распылу его на мелкие частицы. Расплавленный металл отличается от металла электрода, так как происходит выгорание отдельных химических элементов, а сами частицы подвержены процессу окисления и деформируются при осаждении на поверхности детали. Скорость полета частиц и их температура в процессе полета и при взаимодействии с поверхностью детали изменяются (частицы имеют скорость 90 м/с и температуру 9501000° С при времени движения частиц около 0,003 с), в результате чего окисление их поверхности происходит неравномерно. Размер и масса частиц также различны, что обусловливает их различную степень деформации при ударе о поверхность детали и специфичность влияния на прочность сцепления н неоднородность структуры напыленного слоя. Плотность контакта распыленных частиц с поверхностью зависит от кинетической энергии, запасенной во время полета, температуры частиц, вызвавших их пластическое состояние, и микрорельефа поверхности детали. Улучшить сцепление наплавленного слоя с поверхностью детали можно, применяя подслой из легкоплавких металлов и сплавов и используя для распыления не воздух, а инертный газ. Износостойкость слоя покрытия зависит от содержания углерода и других элементов, подверженных выгоранию в материале электрода. Доказано, что содержание углерода в материале электрода 0,70,8% обеспечивает наибольшую износостойкость покрытия. Работоспособность поверхности напыленного слоя может быть повышена правильно выбранным режимом металлизации. Установлено, что расстояние от сопла до поверхности детали должно быть около 150 мм, что исключает сильный разогрев поверхности, на которую наносится металлизированный слой, и обеспечивает частицам достаточный запас кинетической энергии; давление дутьевой струи должно быть в пределах 0,50,6 мН/м2 (56 кгс/см2) и ток 90100 А при напряжении 30 В. Металлизация изношенной поверхности ведется с припуском на обработку. Необходимое время на металлизацию можно определить как

коэффициент полезного использования проволоки, примерно 0,70,8.

Использование газа (ацетилена) для расплавления электродов вместо электрической дуги удорожает процесс металлизации, но обеспечивает меньшее выгорание химических элементов, более мелкий распыл частиц, меньшую пористость напыленной поверхности и более высокую ее твердость. При напылении покрытия из тугоплавких материалов пользуются и л аз менно-дуговой металлизацией. В этом случае в качестве присадочного материала используется ие только проволока, но и порошки; плазмообразу-ющим газом могут служить аргон, азот или гелий. Плазменно-ду-говая металлизация обеспечивает незначительную пористость, повышенную прочность сцепления слоя покрытия с металлом детали и меньшую окисляем ость.

Распылительные головки металлизаторов промышленного производства (рис. 40) обеспечивают перенос воздухом или газом мельчайших частиц расплавленного металла на обрабатываемую поверхность. Конструктивное их отличие обусловлено родом источника тепла, применяемого для расплавления металла, и видом металлической заготовки напыляемого металла (проволока, лента, гранулы, порошок).

Электроискровая обработка поверхности (рис. 41) используется не только для подготовки поверхности к металлизации, но и для восстановления геометрических размеров изношенных деталей. Так как при электрическом искровом разряде происходит разрушение металла, то, включая обрабатываемую деталь / в электрический колебательный контур, работающий в режиме искрового разряда, можно в зависимости от роли, исполняемой деталью в этом контуре, либо наращивать, либо удалять часть металла. Если деталь в колебательный контур подключена так,

что она служит катодом, то будет идти процесс наращивания металла. Частицы металла будут отрываться от электрода 2 из присадочного материала и переноситься на другой электрод деталь. При включении в контур детали в качестве анода будет идти процесс удаления металла с ее поверхности. Промышленная установка для восстановления изношенных поверхностей способом электроискрового наращивания металла (рис. 42) состоит из переносного аппарата с конденсаторной установкой и ручного инструмента вибратора. Материалом для электрода инструмента обычно служат латунь или медно-графитовые стержни. Электроискровая обработка ведется на постоянном токе. Промышленность выпускает установки различных модификаций с использованием конденсаторных батарей или без них. Конденсаторные электроискровые установки работают при напряжении 100250 В, токе 0,140 А; емкость батарей конденсаторов до 500 мкФ. При бесконденсатор пых установках (рис. 43) используется напряжение 636 В и ток от 2 до 200 А, что соответствует работе в режиме дугового разряда в интенсивно прерывистом ритме. Электроискровые разряды вызывают существенное изменение физико-механических свойств поверхности металла. Целенаправленное изменение свойств поверхностного слоя (повышение твердости, ноносо

стойкости, антикоррозионное™ и т. д.) достигается применением в качестве электрода феррохрома или твердых сплавов, обеспечивающих легирование поверхности обрабатываемой детали путем образования нитридов и карбидов. В целях увеличения переходного сопротивления, необходимого для получения наиболее.однородной структуры наплавленного слоя, искровой промежуток заполняется керосином, минеральным маслом или другой электрически нейтральной жидкостью, что также способствует защите электрода от оседания на нем отбрасываемых частиц металла. Электроискровая обработка высокого качества требует постоянства расстояния между электродами, которое в таких случаях обеспечивается автоматически механизмом подачи электрода. Большое разнообразие оборудования для электроискровой обработки позволяет вестн процесс наращивания слоя от 0,05 до 2,00 мм при производительности от 10 до 50 см2/мин. 33. восстановление износостойким покрытием и паянием Восстановление деталей износостойким покрытием ведется электролитическим способом (гальванопокрытие). На поверхность детали в результате электролиза осаждается металл, содержащийся в электролитах (рис. 44). Широко применяется осаждение хрома, никеля и железа. Достоинства, присущие хрому, определили его широкое распространение в гальванопокрытиях. Хром применяют не только с целью восстановления изношенной поверхности для увеличения ее износостойкости, но и в декоративных или антикоррозионных

целях. Наносить хром электролитическим способом можно и на термически обработанные поверхности деталей. Электролитический способ позволяет осаждать хром непосредственно на поверхность детали, без ее предварительной подготовки. Во многих случаях подготовка детали заключается в создании на ее поверхности подслоя из меди и никеля, что улучшает некоторые качественные характеристики электролитического процесса. Однако хромированию присущи некоторые недостатки: хромовые ванны имеют низкий к. п. д., процесс хромирования является длительным и относительно дорогостоящим. Наращивать поверхностный слой целесообразно до толщины 0,30,4 мм, так как с ростом слоя покрытия падает износостойкость, растут удельные затраты и возрастает требуемая плотность тока.

ток, A; t время процесса электролиза, ч. Отношение фактически осажденного при электролизе металла к теоретически возможному, выраженное в процентах, носит название выход по току. При хромировании выход по току составляет 1215%, что и определяет низкий к. п. д. хромовых ванн. Однако среди известных материалов покрытий, применяемых при восстановлении деталей, хром не имеет себе равных по износостойкости. Процесс хромирования позволяет получать блестящие, молочные и серые осадки. Блестящие осадки обладают высокой твердостью, повышенной износостойкостью, пористостью и хрупкостью; молочные осадки имеют высокую вязкость, износостойкость и меньшую пористость; серые осадки обладают низкой износостойкостью, являются хрупкими, но имеют высокую твердость. В зависимости от условий работы детали на ее поверхности при восстановлении можно получать осадок хрома с требуемыми свойствами, изменяя при хромировании в ваннах с различной концентрацией электролита плотность тока и температуру, при которой протекает процесс. Износостойкость хромового покрытия зависит от твердости, но прочность сцепления покрытия с поверхностью детали от вязкости. Поэтому при выборе режимов хромирования следует учитывать не только условия эксплуатации детали, но и технические характеристики восстановленного слоя. Время, необходимое для наращивания заданного слоя осадка, зависит от толщины слоя, плотности тока, температуры и выбранного состава электролита.

выход по току, 1215%. Высокая прочность сцепления покрытия с поверхностью детали обеспечивается подготовкой поверхности к восстановлению. Самым распространенным способом подготовки является шлифование. Высокая чистота поверхности способствует лучшему сцеплению осаждаемого слоя с деталью и обеспечивает высокую

усталостную прочность нанесенного слоя благодаря снижению влияния внутренних растягивающих напряжений, присущих хромовым покрытиям. Наличие концентратов напряжения на поверхности детали (риски, трещины усталости и т. д.) снижает усталостную прочность деталей, прошедших восстановление твердым хромированием.

мм при плотности тока 23 А/дм2 можно получить при продолжительности хромирования 3,2 ч и выходе по току 16%. Процесс нанесения твердого* хрома при восстановлении деталей, кроме подготовки поверхности, требует: изоляции мест, не подлежащих хромированию; электролитического обезжиривания для удаления частиц масла с поверхности детали; травления для удаления пленки окислов с понерхности детали; осаждения осадка хрома на поверхности детали электролитическим способом; промывки и сушкн деталей перед шлифованием поверхности детали под необходимый размер. Покрытие из твердого хрома обладает низкой смачиваемостью, в результате чего масляная пленка в сопряжении плохо удерживается на поверхности. Предохранить детали, восстановленные хромированием, от сухого и граничного трення можно пористым хромированием, которое достигается методом анодной обработки детали после восстановления. Анодное травление придает поверхности осажденного слоя хрома пористую структуру, что благоприятно влияет на условия работы слоя смазки. Пористая поверхность задерживает в порах смазку, чем обеспечивается непрерывность масляной пленки. Длительность процесса анодного травления достигает 610 мин, что достаточно для получения сетки пор, достигающей 30% поверхности, но недостаточно для значительного уменьшения толщины хромового осадка и снижения его износостойкости. Нанесение хрома на поверхность восстанавливаемой детали обычно ведется с использованием постоянного тока, но не исключено и хромирование на переменном токе. Преимуществом способа хромирования на постоянном токе является получение улучшенной структуры слоя покрытия, возможность использования более высоких плотностей тока и некоторое снижение внутренних напряжений в покрытии, что способствует повышению усталостной прочности деталей. В ремонтном производстве получает распространение восстановление деталей применением электролитического способа покрытия износостойким железом. По сравнению с хромированием для этого требуются более дешевый электролит, растворимые аноды из малоуглеродистой стали, более высокая плотность тока и обеспечиваются значительные скорости покрытия и большая толщина его при меньших материальных затратах. Выход железа по току достигает 90%. Процесс железнения деталей по существу мало чем отличается от процесса хромирования; он включает в себя большое число различных подготовительных и заключительных операций и является очень длительным. Перспективность этого способа очевидна, несмотря на ряд недостатков, присущих покрытиям из осаждаемого железа: обладая высокой прочностью сцепления и износостойкостью, из-за наличия окисных поверхностных пленок детали, восстановленные железнением, имеют пониженную усталостную прочность; при больших удельных давлениях на поверхность, восстановленную способом железнения, износостойкость ее ниже стали 45, закаленной токами высокой частоты.

Электролитическим способом можно наносить также твердые покрытия из никеля. Твердое никелирование по сравнению с хромированием имеет более высокий электрохимический эквивалент, выход по току в семь раз выше, расход электроэнергии в 20 30 раз ниже, скорость отложения осадка выше и потребная плотность тока меньше. В то же время износостойкость никелиевого покрытия примерно в два раза ниже хромового. Твердость никелевых покрытий повышается при совместном осаждении никеля и фосфора. Соединение двух металлических поверхностей расплавленным металлом или сплавом промежуточного слоя ведется паянием. Паяние включает следующие этапы: разогрев соединяемых поверхностей до температуры, близкой к температуре расплавленного припоя; расплавление припоя; нанесение его па соединяемые поверхности; растворение металла поверхности соединяемых дета-

лей в жидком припое и взаимная диффузия металла детали и припоя; кристаллизация припоя в процессе охлаждения. При паянии используют легкоплавкие припои, получаемые на основе олова и свинца с температурой плавления до 400450° С, и тугоплавкие припои с температурой плавления свыше 450 500° С, получаемые на основе меди и цинка либо алюминия. Припои имеют температуру плавления ниже температуры плавления металла соединяемых деталей, легко растекаются по поверхности деталей, достаточно прочны и пластичны, обладают антикоррозионной устойчивостью, невысокой стоимостью, а их коэффициент термического расширения близок к термическому коэффициенту расширения металла соединяемых деталей.

Легкоплавкие припои наносят разогретым паяльником. Низкая прочность припоев определила область их использования в случаях, когда не требуется особо высокой прочности соединения. Наиболее распространен на эксплуатационных предприятиях припой марки ПОС-40. Цифрой указано процентное содержание олова в припое. Кроме олова, в состав припоя входит в небольших количествах сурьма, медь, висмут, мышьяк и, как основной компонент, свинец. Тугоплавкие припои применяют для более прочных соединений деталей. Нарушение прочности не должно возникать при повышенной температуре. Наиболее распространенными являются медноцииковые припои ММЦ-48. Цифрой указано процентное содержание в припое меди. Кроме меди, в состав припоя входит, как основной компонент, цинк и в небольших количествах железо и свинец. Чем больше в припое содержится меди, тем он прочнее, но более тугоплавок; чем больше цинка, тем более легкоплавок припой, но менее прочей и более хрупок. Детали из алюминия и его сплавов также поддаются пайке, но для этого необходимо пользоваться алюминиево-кремниевыми припоями, носящими название силумины. Используют и припои на алюминиево-медной основе с присадкой олова или цинка, а также алюминиево-медные с присадкой кремния. Все припои для пайки алюминия имеют температуру плавления от 500 до 650° С. Трудности, сопровождающие паяние алюминия и его сплавов, возникают из-за тугоплавкости окислов алюминия, температура плавления которых достигает 2000° С.

Процесс паяния обычно ведется с применением флюса, предназначенного для растворения окисных пленок как иа поверхности соединяемого металла, так и на поверхности припоя и стимулирования смачивания поверхности, подлежащей пайке. Для использования функционального назначения флюса температура его плавления должна быть ниже температуры плавления припоя, но разрыв температур должен колебаться в определенных границах. Неправильно использовать для тугоплавких припоев флюсы, имеющие низкую температуру плавления, так как из-за высокой температуры плавления припоя флюс не оправдает свое назначение. При легкоплавких припоях обычно пользуются жидкими флюсами, являющимися водным раствором солей хлористого цинка или нашатыря. Если необходимо понизить температуру плавления флюса и повысить его активность, приготовляют композицию из этих растворов. При паянии меди для предохранения поверхности от коррозии используют канифоль. В случае перегрева канифоль утрачивает свойства флюса, поэтому после разогрева наносить ее следует на поверхность детали, а не на поверхность паяльника. Паяние тугоплавкими припоями ведется с использованием в качестве флюса буры и смеси ее с борной кислотой или борным ангидридом. Для паяния алюминия в качестве флюса используют состав, содержащий хлористый калий с добавкой хлористого цинка, хлористого лития и фтористого натрия. Для припайки серебряных контактов пользуются припоем, изготовленным на основе серебра. Создание прочного соединения при пайке достигается соответствующей подготовкой детали, заключающейся в очистке поверхности от грязи, окислов, ржавчины, жира или масла. Очистка ведется механическими способами, обезжириванием в беизиие или керосине и травлением раствором серной или соляной кислоты. Детали из алюминия травят в растворах щелочи с последующей обязательной промывкой в воде. Паяние деталей ведется паяльником или пламенной горелкой. Паяльник изготовляют из химически чистой красной меди. Рабочая часть паяльника должна иметь зачищенную, заостренную грань, покрытую полудой. При работе паяльник следует нагревать до температуры, превышающей температуру плавления припоя, но не перегревать, так как с него может сойти полуда. После нагрева для очистки рабочей части паяльника от окислов ее необходимо натереть нашатырем. На деталь, смоченную флюсом, нагретым паяльником переносят припой и равномерно распределяют его по поверхности пайки. Тугоплавкие припои обычно наносят, используя индукционный разогрев специализированным оборудованием или разогрев газопламенными горелками, работающими на смеси кислорода с ацетиленом, пропаном и т. д. При использовании мягких припоев для оконцевания проводов и кабелей, концов секций обмотки якоря электрических машин и других деталей концы проводников окунают в ванночку с расплавленным припоем после соответствующей подготовки мест пайки. Припайка петушков коллектора электрических машин с уложенными в них оконцованными элементами секций ведется с использованием мягких свинцовооловяиных припоев марки ПОС-40 или ПОС-60 и канифоля в качестве флюса. Применять в качестве флюса кислоту в этих случаях не рекомендуется, так как она разъедает изоляцию и окисляет в зоне пайки медь, резко повышая переходное сопротивление. В последнее время крепления наконечников на проводах и кабелях ведут не паянием, а холодной сваркой необходимое соединение создается усилием сжатия соединяемых деталей, которое должно быть таким, чтобы обеспечить прочное взаимное сцепление поверхностных металлических структур соединяемых деталей. Контактное соединение, полученное этим способом, менее надежно. При необходимости пропускать через такое соединение токи большой плотности этот способ ие может быть рекомендован, так как прочность соединения ниже, чем при горячем паянии, и состояние соединения в процессе эксплуатации не поддается контролю.

Реклама