Методы и способы восстановления деталей судовых технических средств.

Восстановление детали — это изменение её геометрических размеров до ремонтных или номинальных значений при сохранении прочности и свойств материала, из которого она изготовлена. При этом стоимость её восстановления не должна быть выше новой детали, а ресурс работы восстановленной детали должен быть не менее 80% новой. В судоремонте существует три метода восстановления деталей СТС. Структурная схема методов восстановления приведена на рисунке:

Для восстановления деталей СТС до номинальных или ремонтных размеров применяют различные способы восстановления, они приведены на структурной схеме:

Рассмотрим технологию восстановления деталей по каждому из перечисленных способов.

Механическая обработка — точение, фрезерование, сверление, строгание, шлифование, полирование, хонингование и т.д. — применяют для устранения овальности, конусообразности, рисок, задиров, царапин; забоин у шеек валов, втулок и других деталей, а также восстановления их до номинальных и ремонтных размеров, чистоты их поверхностей и изготовления новых деталей.

Шлифование, полирование, хонингование, а также алмазное выглаживание применяют для повышения точности и качества обрабатываемой поверхности.

Механическую обработку выполняют с использованием соответствующего металлорежущего инструмента (резцов, фрез, свёрл, развёрток, абразивного инструмента).

Резцы, фрезы, свёрла для повышения режущих свойств оснащают пластинами из твёрдых сплавов, таких как ВК6, ТЗОК4, Т17К12 и других.

Применение резцов с пластинами из твёрдых сплавов и сверхтвёрдыми материалами (алмазом или нитридом бора — эльбором) позволяет выполнять механическую обработку детали после её закалки.

Сварка и наплавка — с помощью сварки заваривают трещины в валах, втулках, корпусах механизмов и элементах корпуса судна. Наплавкой восстанавливают размеры шеек валов, устраняют эрозионные разрушения лопастей гребных винтов и т.д.

Для сварки и наплавки на переменном токе применяют сварочные трансформаторы типа ТС-300, ТС-500, ТД-300, ТСП-2 и др., а на постоянном токе — преобразователи типа ПСО-500; ПСУ-500. или сварочные выпрямители ВСС-300-3; ВКС-300 и др.

Для постоянного тока используют электроды марок УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, УОНИ 13/85.

Для переменного тока используют электроды марок ОМН-5; ЦМ-7; АНО-3;МЭРидр.

Сварку и наплавку чугунных деталей производят без их подогрева или с нагревом до температуры 300-400 С. Для сварки используют электроды из чугунов марки А и Б или медные электроды.

Подогрев деталей осуществляют в электрических печах, газовыми горелками, а после наплавки или сварки — медленное охлаждение.

Газовую сварку применяют для восстановления деталей из любых сплавов. Наплавленный слой составляет 0,25—0,5 мм. Для восстановления деталей из чугуна и цветных сплавов обязательно применяют флюсы. На судах используют ацетиленокислородную сварку и резку металлов. На СРЗ применяют и другие горючие газы (водород, пропан, бутановая смесь).

Электросварка может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.

Для защиты расплавленного металла от воздуха используют аргон, гелий, оксид углерода и азот.

Аргонодуговую сварку применяют для деталей, изготовленных из чугуна, легированных сталей и любых цветных сплавов.

Сварку в оксиде углерода используют для деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей.

Азотнодуговую сварку применяют для деталей, изготовленных из меди и медных сплавов, так как этот газ инертен по отношению к ним.

Автоматическую наплавку выполняют на токарных станках, а для увеличения производительности применяют ленточные электроды из нержавеющей стали толщиной 0,3-0,7 мм, или из малоуглеродистой стали толщиной 0,5-0,7 мм, ширина ленты составляет 30-40 мм; сварочный ток — 650 А.

Плазменная сварка — способ соединения деталей, при котором в качестве источника теплоты используют ионизированный газ (плазма), температура которого достигает до 16000°С и выше в месте соприкосновения с обрабатываемым материалом. Ионизированный газ, содержащий свободные положительные и отрицательные ионы, обычно получается при нагреве газа концентрированной электрической дугой. Устройство, в котором нагревается газ и образуется плазма, получило название плазменная горелка или плазмотрон. Для сварки применяют аргон, смеси аргона с водородом или гелием.

Плазменная резка применяется в том случае, когда неприменима электрическая и газовая резка. Плазменная резка углеродистой стали может производиться с использованием воздуха или кислорода. Ширина реза стального листа толщиной 25 мм составляет около 5 мм.

Плазменной горелкой разрезают листы из алюминиевых сплавов толщиной до 125 мм, нержавеющей стали — до 100 мм.

Плазменная наплавка производится с помощью плазменных горелок. С их помощью возможно нанесение любых тугоплавких материалов на другие материалы.

Лазерная сварка — способ соединения деталей, при котором в качестве источника теплоты используют мощный сконцентрированный световой луч, излучаемый оптическим квантовым генератором лазером.

Лазерная сварка является прецизионной операцией, в большинстве случаев не требующей последующего устранения остаточных деформаций или механической обработки сварных узлов конструкций. Выполненные лазерным лучом сварные швы отличаются хорошими механическими свойствами. Остаточные деформации при лазерной сварке в 3-5 раз меньше, чем при газовой сварке. Используя лазерное излучение можно получать качественные сварные соединения цветных металлов и сплавов — медных и алюминиевых.

Лазерная резка — способ разделения практически любых материалов, Независимо от их теплофизических свойств. При помощи лазерного луча можно точно, быстро и без шума разрезать листы из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей, алюминиевых и медных сплавов толщиной до 10 мм. Ширина разреза составляет 0,2-0,5 мм. При этом обеспечивается высокое качество поверхности разреза на всех металлах, независимо от их температуры плавления и твёрдости. Лазерная резка применяется для разделения легковоспламеняющихся материалов: пластмассы, дерева, стеклопластиков, бумаг и, кожи, при их толщине до 50 мм, при этом ширина реза не превышает 1 мм. Лазерная резка, по сравнению с другими способами, дает возможность получить узкий разрез в обрабатываемом материале, вести обработку материала практически по любому сложному контуру и автоматизировать процесс резки при достаточно высокой точности и производительности.

Лазерная наплавка — представляет собой технологический метод получения покрытий с заданными физико-механическими свойствами. Наплавляемые материалы в виде обмазки наносят на поверхность детали, либо в виде порошка подают с помощью дозатора непосредственно в зону воздействия лазерного луча. В качестве наплавочных материалов используют металлы, сплавы и керамику. Получаемый слой имеет толщину до 1 мм, обладает высокой адгезией, однородностью, плотностью, значительной твёрдостью.

Ресурс деталей, восстановленных лазерной наплавкой, равен, а в отдельных случаях превышает ресурс новых.

Пробивка отверстий — этот способ широко используют в приборостроении для получения отверстий диаметром от 10 мкм до 1 мм в любых, в том числе, в хрупких и твёрдых материалах. Используя импульсный режим работы лазера можно получить отверстия разного диаметра на большую глубину, что невозможно другими методами. Для получения отверстий диаметром меньше 5 мкм используют лазеры с малыми значениями длины волны.

Гальванопокрытие — это электролитический метод наращивания металла.

В настоящее время известно много способов наращивания металла электролитическим методом: никелирование, хромирование, омеднение, цинкование, осталивание, кадмирование и т.д. Наибольшее распространение в судоремонте получили осталивание и гладкое или пористое хромирование.

При электролитическом наращивании деталь служит катодом. Источниками постоянного тока служат генераторы с выходным напряжением 6/12 В и силой тока 3000/1500 А.

Перед нанесением на деталь гальванического покрытия её подвергают механической обработки для восстановления геометрической формы и повышения чистоты её поверхности. Изолируют те места, которые не подлежат хромированию (изолируют свинцом, цапонлаком — целлулоид, растворённый в ацетоне). После химического или электролитического обезжиривания (30-50 г едкого натра на 1 л воды) деталь промывают в проточной горячей и холодной воде.

Хромирование — выполняют в ванне с двойными стенками, пространство между которыми заполняют дистиллированной водой и нагревают её до 55 С. Затем на каждый литр воды вводят 250 г хромового ангидрида и 2,5 г серной кислоты. После хромирования деталь промывают горячей дистиллированной водой, затем холодной, а потом снова горячей, чтобы окончательно смыть остатки кислот.

Хромированием восстанавливают износ у деталей от 0,05 до 0,3 мм на сторону. При толщине покрытия более 0,3 мм прочность хромового слоя снижается. Поверхности, работающие на трение, подвергают пористому хромированию. Благодаря наличию пор резко уменьшается изнашивание хромированной поверхности.

Осталивание — процесс электролитического осаждения железных покрытий из водных растворов хлористого (FeCl2 + 4Н20) или сернокислого (FeS04 + 7Н20) железа. Осталиванием наращивают слой металла толщиной до 3 мм.

Склеивание — в судоремонте наибольшее применение получили синтетические клеи на основе эпоксидных смол ЭД-5, ЭД-6, ЭД-16, ЭД-20, отвердителя, пластификатора и различных наполнителей.

Клей приготавливают непосредственно перед его использованием, так как живучесть клея всего 45-60 минут.

Приготовленный клей наносят на очищенные и обезжиренные поверхности. При холодном склеивании детали выдерживают в течение 24 ч при нормальной температуре, при горячем — в течение 6-8 ч при температуре 120-150 С.

Кроме клеев на основе эпоксидных смол в судоремонте применяют также синтетические клеи БФ- 2, БФ-4, клей типа «Спрут», который позволяет склеивать детали без их тщательной подготовки, девкон, эластомер и материалы Belzona.

Эластомер представляет собой состав на основе смолы ВДУ и ни-трильного каучука СКН-40, растворённого в ацетоне. Приготовленный раствор эластомера может храниться практически без ограничения времени в закрытой посуде. Эластомер в качестве клеев, паст, замазок любой вязкости и необходимыми наполнителями применяют для восстановления посадочных натягов в неподвижных соединениях, защиты сопрягаемых поверхностей от раковин и сыпи, возникающих при высоких удельных нагрузках в условиях вибрационно-колебательного трения.

Поверхности деталей под эластомер очищают металлической щёткой и зачищают наждачным полотном до металлического блеска, затем поверхность обезжиривают спиртом, бензином В-70, ацетоном и т.д.

Эластомер наносят вручную кистью, центробежным способом или напылением. Он не боится воды, масла, дизельного топлива, керосина, бензина. Детали могут эксплуатироваться при температурах от - 20 до + 145 С. Основной недостаток при работе с эластомером — повышенные усилия распрессовки соединений (в 2-3 раза), в зависимости от натяга и обработки сопрягаемых деталей.

В настоящее время стали применять материалы Belzona. Эти материалы существуют с 1952 г. и нашли широкое применение во всём мире во многих отраслях промышленности.

Материалы Belzona — это двухкомпонентные, полимерные материалы с высокой химической и термической стойкостью. Они обладают уникальными свойствами, которые отличают их от имеющихся в мире аналогов:

• все материалы Belzona не дают усадки при застывании;

• могут работать в агрессивных средах;

• обладают тексотропичностью (не текут), что позволяет проводить работы на потолочных или вертикальных поверхностях;

• могут быть подвергнуты любой механической обработке, другие — только алмазными инструментами;

• срок хранения не ограничен.

С помощью этих материалов можно производить следующие виды работ:

• корпусные;

• ремонт трубопроводов;

• восстановление посадочных мест подшипников;

• установка механизмов на фундаменты;

• восстановление рабочих поверхностей насосов. 

Деформированием можно исправить геометрическую форму: погнутость вала, вмятины обшивки корпуса судна и ёмкостей, деформацию лопастей гребного винта, прогиб грузовой стрелы, деформацию шатуна, штока и др. деталей.

Для восстановления геометрической формы применяют различные способы правки:

• механический;

• термический;

• термомеханический.

Механический способ заключается в том, что вал, как правило, укладывают на две опоры выпуклостью вверх и к месту максимального изгиба прикладывают механическое усилие (с помощью гидравлического домкрата).

Термический способ — погнутый вал свободно кладут на подшипники или устанавливают в центрах токарного станка выпуклой стороной вверх. Участок с максимальным изгибом изолируют смоченными листами асбеста, а в точке наибольшего биения в изоляции оставляют для нагрева «окно» размером 30-50 мм. Этот участок быстро нагревают газовой горелкой до температуры 500-650 С (5-10 мин) и одновременно резко охлаждают по периметру зоны нагрева. При нагревании участка вала с максимальным изгибом возникают сжимающие напряжения на выпуклой стороне, а на вогнутой — растягивающие, в результате которых он выпрямляется. Независимо от способа правки (рихтовки) вал подвергают отжигу для снятия внутренних напряжений, возникших во время деформаций и правки его с последующей механической обработкой. Для этого под место, которое было погнуто, подводят электрическую муфтовую или индукционную печь, вал вращают с частотой 10-20 мин при температуре 400 С. Время выдержки 3-4 ч.

Термомеханический способ — применяют тогда, когда другими способами выправить вал нельзя. Этот способ является наиболее универсальным — им выправляют валы любых диаметров. Погнутую часть вала нагревают нефтяной лампой до 900-950 С и производят рихтовку гидравлическим домкратом. Для восстановления первоначальных размеров деталей применяют специальные оправки (для раздачи) и кольца или втулки (для обжатия). С помощью раздачи восстанавливают наружные размеры полых поршневых пальцев, путём обжатия — внутренние размеры подшипниковых втулок.