СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Отработка технологии наплавки обойм масляных насосов НШ-К

При разработке технологии наплавки изношенных поверхностей обойм одним из основных факторов, определяющих плотность наплавленного металла, является качество подготовки поверхности основного металла. Важность этого вопроса обусловлена тем, что поверхности обойм, сопрягающиеся с цапфами и зубьями шестерен, насыщаются органическими и неорганическими отложениями, состоящими из продуктов термического разложения, окисления и полимеризации масла, металлических частиц износа и оксидов металла обоймы и шестерен, пыли и песка (рис. 12.12). Поэтому необходимо исследовать различные способы подготовки поверхности восстанавливаемых обойм шестеренных насосов НШ-К для определения наиболее простого и экономичного метода, обеспечивающего плотность наплавки.

После разборки насосов производилась очистка поверхности обойм от загрязнений и масла путем последовательной промывки обойм в растворе лобомида при температуре 60-70 °С, затем в теплой и холодной проточной воде. Эта операция осуществлялась в струйно-камерных установках проходного конвейерного типа, в которых обоймы перемещались в моечной камере транспортером (182]. В процессе наплавки наблюдалось “кипение” сварочной ванны ввиду бурного выделения продуктов разложения масла, адсорбированного в микрополостях деформированного поверхностного слоя обойм. В наплавленном металле наблюдались крупные тугоплавкие включения,

нерастворимые в алюминиевой матрице основного металла.

С целью повышения качества подготовки поверхности для наплавки выполнялось травление обойм в щелочной ванне с последующим осветлением в растворе азотной кислоты. При этом значительно улучшилось формирование наплавленного металла, оценка пористости которого производилась по величине приведенного количества пор Nnp на поверхности одного посадочного места обойм под цапфу шестерни после механической обработки на номинальный размер.

Результаты определения пористости приведены на рис. 12.13. Травление поверхности обойм в щелочи с последующим осветлением в растворе азотной кислоты не обеспечивает высокой плотности наплавленного металла, приведенное количество пор составляет 47. Пористость

Рис. 12.13. Влияние способа подготовки поверхности обойм на пористость наплавленного металла: 1 - травление в щелочи; 2 - травление в щелочи н вакуумный отжиг; 3 - травление в щелочи и вакуумный отжиг, последующее хранение трое суток; 4 - черновая

мехобработка

наплавленного металла объясняется высокой концентрацией водорода, вносимого в сварочную ванну поверхностью основного металла в виде влаги и остатков масла. Поэтому с целью повышения качества подготовки поверхности обойм применялся вакуумный отжиг при температуре 200 °С в печи СНВС-4,1. Использование вакуумного отжига обойм после травления в щелочи приводит к частичному удалению адсорбированной влаги. Плотность наплавки при этом повышается, и приведенное количество пор составляет 32.

При хранении обойм после вакуумного отжига в течение 3 дней происходит поглощение влаги из атмосферы поверхностным слоем металла, что вызывает снижение плотности наплавки. Приведенное количество пор в наплавленном металле составляет 39, что по своему значению приближается к плотности наплавленного металла при использовании обойм, протравленных в щелочи. Поэтому положительный эффект от применения вакуумного отжига при длительном хранении обойм перед наплавкой теряется.

Так как источником поступления водорода в сварочную ванну является деформированная поверхность изношенных обойм, то целесообразным является удаление ее до “здорового" металла.

Для удаления накопленных дефектов поверхностей обойм, образующихся в процессе эксплуатации насосов, производилась черновая механическая обработка обоймы на глубину 0,5-1,0 мм на станке УРБ-ВП. Удаление наклепанного слоя металла привело к значительному снижению приведенного числа пор на поверхности посадочных мест обойм под цапфы шестерен (рис.12.13), так как при механической обработке вместе с деформированным слоем удаляются основные источники водорода. Поэтому, при механической обработке обойм, водорода, вносимого в сварочную ванну с поверхности основного металла, будет значительно меньше, чем при травлении в щелочном растворе, что приводит к повышению плотности наплавки.

При механической черновой обработке изношенных обойм под наплавку полученная поверхность имеет значительную шероховатость, что способствует повышению количества адсорбированной влаги. С целью дальнейшего уменьшения объема водорода, поступающего в сварочную ванну с поверхности основного металла, проводилась чистовая механическая обработка изношенных поверхностей обойм под наплавку по 7-8 классу чистоты. Исследование наплавленного металла при данном способе подготовки поверхности показало его высокую плотность. Поры в наплавленном металле отсутствовали [183].

В производственных условиях при нарушении технологического процесса происходит образование разветвленных микронесплошностей в структуре наплавленного металла. В процессе работы восстановленной обоймы микронесплошности заполняются маслом и при повторной наплавке наблюдается образование рыхлот с тугоплавкими включениями (рис.12.14), которые препятствуют сплавлению электродного металла с восстанавливаемой поверхностью.

С целью определения природы образующихся тугоплавких включений проводился сравнительный спектральный анализ «здорового* наплавленного металла и имеющего рыхлоты. Концентрация меди, олова, железа и кремния в металле определялась на спектрографе ИСП-30 с источником возбуждения спектра ИВС-28, а содержание углерода и серы находили с использованием газоанализатора LECOCS-044.

Результаты анализа приведены в таблице 12.9.

Анализ полученных результатов показывает, что дефектный наплавленный металл отличается от основного и качественно наплавленного металла наличием углерода и серы, которые являются продуктами разложения масла, проникающего в микронеровности при эксплуатации насоса

[182].

Для удаления масла из микронеровностей применялись

различные способы подготовки обойм перед наплавкой. Щелочное травление с последующим осветлением в растворе азотной кислоты позволило очистить только поверхностный слой обойм и не обеспечило удаление масла из микронесплошностей. Поэтому высокое качество наплавленного металла получено не было. Удаление наплавленного и переплавленного при первом восстановлении металла мехобработкой на глубину 2-3 мм позволило получить качественный металл при повторной наплавке. Однако данный процесс подготовки обойм насосов под наплавку нельзя считать оптимальным, так как при последующей наплавке необходимо наносить значительный объем металла, что приводит к повышенному расходу электродного материала, аргона, электроэнергии и снижает производительность процесса восстановления обойм шестеренных насосов.

Использование двухчасового вакуумного отжига обойм в печи СНВС-4 при температуре 200 °С и давлении 13,3 Па позволило частично удалить масло из микронесплошностей. При последующей наплавке получено 73 % годных к эксплуатации обойм шестеренных насосов. Для интенсификации процесса удаления масла в вакуумную печь помещался сосуд с уайтспиритом. Наличие растворителя создает более благоприятные условия для удаления масла. Выход годных к эксплуатации обойм при данном способе их обработки составил 84 % (рис. 12.15). Недостатком такого способа подготовки обойм перед наплавкой является необходимость использования специализированного оборудования и недостаточно высокий процент выхода обойм, годных к эксплуатации.

При отработке более совершенной технологии подготовки обойм, имеющих микронесплошности в первом слое, производился двухчасовый отжиг обойм в печи накаливания при температуре 400-420 °С. В процессе отжига происходит испарение и частичное разложение масла на карбонаты и сульфаты, которые фиксируются в микронесплотностях. При последующей наплавке обойм на токе I - 180-200 А глубина проплавления составляет 1,5-2,5 мм, продукты разложения масла, находящиеся в микронесплошностях, попадают в сварочную ванну и образуют дефекты в наплавленном металле. Выход годных к эксплуатации обойм составил 18 %.

Снижение сварочного тока до I = 120-130 А обеспечило уменьшение глубины проплавления до 0,8-1,0 мм и снижение концентрации углерода и серы в наплавке до 0,004 и 0,003 мае. % соответственно.

Столь низкое содержание углерода и серы в наплавленном металле не оказало существенного влияния на качество наплавленного металла и обеспечило увеличение выхода годных к эксплуатации обойм шестеренных насосов при многократном восстановлении до 98 %.

Разработанная технология подготовки и последующей наплавки поверхностей позволяет также восстанавливать обоймы, имеющие микротрещины по границам зерен в поверхностном слое литого металла после эксплуатации и ранее не восстанавливавшиеся.