ДИПЛОМ ПЗ-Гальцева И.А. (1211038), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Однако высокая стоимость легирующих порошков чистых металлов, ферросплавов, вводимых в составы сварочных флюсов, существенно ограничивают выгодные масштабы применения подобных сварочно-наплавочных материалов.

Исследования процессов, происходящих в сварочной ванне, описаны в работах Е.О. Патона, Б.И. Медовара, Г.А. Николаева, А.И. Акулова, Г.Л. Петрова, Н.Н. Рыкалина, Б.Д. Малышева, К.К. Хренова, И.В. Зуева, С.В. Селищева и др. Однако современное состояние микрометаллургии сварки не позволяет обоснованно прогнозировать свойства получаемого наплавленного металла по исходному составу сварочного флюса и сварочной проволоки. Тем более затруднено решение обратной задачи: обеспечить требуемые свойства наплавленных покрытий путем обоснованного подбора (решения) системы «сварочно-наплавочные материалы-технология». В имеющихся работах отсутствуют сведения по использованию в сварочных флюсах минерального сырья, переработки. Поэтому решение отмеченных проблем является новым направлением в сфере легирования швов и покрытий изделий при традиционных способах сварки и наплавки.

Работы выдающихся материаловедов в сфере комплексного применения сырья В.А Резниченко, Г.П. Швейкина. Н.П. Лякишева, Ю.В. Цветкова, и др. позволили получить массу обнадеживающих результатов. Особенно широкие возможности для развития подобной ориентации имеются в Дальневосточном экономическом районе, где расположено наибольшее в Российской Федерации количество коренных и россыпных месторождений комплекса ценных минералов, при обогащении которых образуются концентраты с большим количеством компонентов, уникальные по своему минеральному и химическому составу.

Отмеченное требует от исследователей и работников промышленности обратиться к минеральному сырью как непосредственной стадии получения функциональных материалов, так же и сварочно-наплавочных, дающих возможность повышать ресурс деталей подвижного состава при его ремонте. Возможности получения таких материалов именно из минерального сырья существенно увеличиваются при использовании энергонасыщенных технологических методов, позволяющих осуществлять «вскрытие» концентратов, их восстановление и синтез материалов. К таким методам, наряду с порошковой металлургией, обработкой концентрированными потоками энергии, плазмохимическими способами, относится и дуговая сварка под слоем флюса, которая нашла большое применение в железнодорожном транспорте, промышленности и строительстве металлоконструкций.

В настоящее время потребности железных дорог Дальнего Востока удовлетворяются сварочно-наплавочными материалами, производящимися в западных регионах, что требует значительных материальных затрат на их доставку. Поэтому получение флюсов из местного сырья является важной задачей, требующей безотлагательного решения.

В настоящем дипломном проекте изложены некоторые результаты исследований, возможности применения местного минерального сырья для создания сварочных флюсов, пригодных для формирования на поверхностях деталей подвижного состава покрытий, соответствующих требованиям нормативной документации.

1 АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ ВАГОНОВ И СПОСОБОВ ИХ УСТРАНЕНИЯ

1. Анализ дефектов вагонов

Работа оборудования вагона протекает в условиях изменения температуры и влажности окружающего воздуха, его запыленности; непрерывных ударов и вибраций. Все эти факторы проявляют себя по мере увеличения пробега. На деталях и механизмах вагона постепенно появляется износ. В результате чего изменяются геометрические формы и размеры деталей, характер посадки сопряженных деталей и качество их поверхностей. В связи с этим возникает проблема восстановления работоспособности узлов вагона.

Проведенный анализ неисправностей подвижного состава показал, что из всех видов дефектов доля, приходящаяся на износы, составляет 42,8 %, на трещины – 34,5 %, на приварку новых элементов – 18 %, прочие – 4,7 % (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Анализ неисправностей подвижного состава.

Таким образом, большинство выбраковываемых при ремонте деталей приходят в негодность в результате износа. Поэтому значительная часть ремонтных работ связана с восстановлением первоначальной посадки в соединениях узлов.

Восстановить первозданную посадку узлов соединения, работа-способность которого нарушена по естественным причинам, а именно износом или деформацией деталей, можно двумя принципиальными путями:

а) изменением первозданных размеров деталей с одновременным получением нормальных геометрических форм, что получается при механической обработке поврежденной поверхности;

б) восстановлением нужных размеров и форм деталей. Главным образом, забракованные по тем или иным причинам детали восстанавливают наращиванием теми или иными способами, а затем подвергают механической, тепловой или химико-термической обработке.

Существует два способа восстановления работа-пригодности деталей и механизмов: первый способ связан с заменой изношенных деталей на новые, что не всегда оправдано, потому что чаще всего выбраковываемые по износу детали теряют не более 2 % своей первоначальной массы, при одновременном сохранении своих прочностных характеристик. Поэтому получил широкое распространение второй способ, основанный на восстановлении изношенных деталей различными методами.

Технология восстановления должна обеспечивать надежное сцепление наносимых слоев с основой детали, заданные физико-механические свойства, шероховатость поверхности и т.д.

1. Анализ способов восстановления изношенных деталей

1.2.1 Восстановление деталей давлением

Процесс восстановления деталей давлением основан на использовании пластичности металлов, т. е. их способности под воздействием внешних сил изменять свои геометрические формы при этом не разрушаясь.

Существует несколько видов пластической деформации: холодная и горячая. Первый, осуществляется за счет приложения значительной внешней силы, сопровождаясь сдвигом внутрикристаллической решетки металла и его уплотнением. Холодная деформация чаще всего применяется при ремонте деталей изготовленных из материала цветных металлов.

Следующий вид деформации требует предварительный нагрев детали до температуры ковки. В данном случае происходит межкристаллические сдвиг металла. Требуется меньше внешней силы, упрочнения металла не происходит, снижается риск образования трещин.

Данный способ восстановления достаточно прост. Он дает возможность экономичнее использовать цветной металл и высококачественные дорогие стали. Данный способ применим только для тех деталей, в которых присутствует достаточный запас металла.

1.2.2 Металлизация

Основа способа наращивания слоя металлизацией состоит в том, что в металлизаторе металл сначала расплавляется, а потом, распыляется струей сжатого воздуха до мельчайших частичек (1,5 – 10 мкм) и с огромной скоростью (100 – 200 м/с) наносится на шероховатую поверхность ремонтируемой детали. При соприкосновении с деталью не остывшие частички металла расплющиваются, образуя мельчайшие, окисленные частицы напоминающие, форму чешуек, которые, накладываются одна на другую, заполняя при этом шероховатости на поверхности детали, образуя сплошной слой. Сцепление частиц с деталью и друг с другом происходит вследствие шероховатости поверхности и молекулярного взаимодействия.

Плюсами наращивания деталей металлизацией являются:

- нанесение слоя металла толщиной от 0,03 до 15 мм на любой материал без риска его перегрева; металлизировать возможно не только металлические детали, но и стеклянные, деревянные, полимерные материалы и т.д.;

- получая достаточно пористое покрытие, на котором превосходно удерживается смазывающий материал.

Существенными минусами металлизации являются, недостаточная прочность сцепления нанесенного слоя с поверхностью ремонтируемой детали, значительная сложность подготовительных операций и, наконец, существенные потери металла при напылении.

1.2.3 Электролитическое наращивание

Данный метод основан на электролизе, т. е. способности металла осаживаться на катоде при протекании постоянного тока через электролиты.

В практике ремонтов большое распространение получило хромирование и отслаивание. Обмеднение и никелирование используют значительно меньше и в основном для вспомогательных целей. К преимуществам данного метода можно отнести:

- возможность наращивания как термически обработанных, так и необработанных деталей без нарушения структуры металла, так как процесс проходит при температуре не более 100°;

- возможность получения слоя достаточной твердости без термообработки.

К недостаткам относят:

- при прохождении процесса затрачивается большое количество времени и сложность подготовительных операций;

- восстановление деталей только с небольшим износом;

- необходимость частой фильтрации и постоянной корректировки электролита, сложность подбора материалов ванн и необходимость подогрева электролита.

1.2.4 Электроискровая обработка

Электроискровая обработка основана на электрической эрозии (разрушении) металла. При приближении электрода к поверхности детали от него отделяется капля расплавленного металла и устремляется к поверхности детали, ударяясь о которую прочно приваривается к ней. В качестве электрода можно использовать различные металлы и сплавы любой твердости, тем самым, получая высокие физико-механические свойства покрытий. К недостаткам метода можно отнести низкую производительность, высокую шероховатость и малую толщину наносимых покрытий.

1.2.5 Восстановление деталей с применением полимерных материалов.

Восстановление деталей пластмассами очень просто, менее затратно и надежно. Пластмассами можно наращивать поверхности при создании натяга в соединении или износостойкого покрытия, герметично заделывать отверстия и трещины, выравнивать поверхности, герметизировать соединения, надежно заливать поры в разных деталях, даже почти в недоступных местах. Но применение этого способа затруднено сложностью подготовительных операций и невозможностью нанесения больших по толщине покрытий.

1.2.6 Сварка и наплавка

Под наплавкой полагают процесс нанесения на поверхности деталей металла или сплава плавлением. Плавление создается за счет тепла электрической дуги (электрическая сварка и наплавка) или тепла, образующегося при горении ацетилена, природного газа и др. в струе кислорода (газовая сварка и наплавка).

Сварочно-наплавочные технологии получили широкое распространение на предприятиях железнодорожного транспорта, так как они позволяют получать покрытия большой толщины с высокими физико-механическими свойствами. Данный способ обладает высокой производительностью, дает возможность для легирования наносимого слоя в широких пределах.

Из всех перечисленных видов восстановления значительное распространение получили электротермические способы (сварка и наплавка), причем если говорить о качестве, надежности и экономичности, то преобладает сварка под слоем флюса.

Несмотря плюсы ручной сварки, как мобильность и универсальность, использование в промышленности и предприятиях дуговой механической сварки более актуально. Так, как шов сварки под флюсом, способен работать во всем диапазоне климатических температур. При сверхнизких и сверхвысоких, в агрессивных средах, при давлении на порядок отличающегося от атмосферного. Исключаются такие факторы, как подрезы, не провары. Автоматическая дуговая сварка позволяет наносить покрытия большой толщины с заданными физико-механическими свойствами за счет легирования на поверхностях любой формы. Высокое качество и надежность шва при сварке под флюсом по сравнению с другими способами делает ее наиболее приемлемой на предприятиях.

Из отмеченного выше видно, что на данный момент в ремонтной практике при восстановлении деталей преобладает автоматический способ наплавки под слоем флюса.

Таким образом, для обеспечения потребности ремонтных предприятий железных дорог, необходимо создавать флюсы из местного минерального сырья, которые бы обеспечивали широкий спектр свойств наплавленного металла.

2 АВТОМАТИЧСЕКАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА ПОД ФЛЮСОМ

2.1 Сущность сварки под флюсом

Широкое применение этого способа сварки в промышленности при производстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством, и стабильностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостаткам способа сварки под флюсом относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10–15°.

Наиболее широко распространен процесс при использовании одного электрода – однодуговая сварка. Сварочная дуга горит между голой электродной проволокой и изделием, находящимся под слоем флюса. В расплавленном флюсе газами и парами флюса и расплавленного металла образуется полость – газовый пузырь, в котором существует сварочная дуга. Давление газов в газовом пузыре составляет 7–9 г/см², но в сочетании с механическим давлением, создаваемым дугой, его достаточно для оттеснения жидкого металла из-под дуги, что улучшает теплопередачу от нее к основному металлу. При сварке под флюсом, повышение силы сварочного тока увеличивает механическое давление дуги и глубину проплавления основного металла. Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны приводит к образованию сварного шва. Затвердевший флюс образует шлаковую корку на поверхности шва. Расплавленный флюс, образуя пузырь и покрывая поверхность сварочной ванны, эффективно защищает расплавленный металл от взаимодействий с воздухом.

Металлургические взаимодействия между расплавленным металлом и шлаком способствуют получению металла шва с требуемым химическим составом. В отличие от ручной дуговой сварки металлическим электродом при сварке под флюсом, так же, как и при сварке в защитных газах токоподвод к электродной проволоке осуществляется на небольшом расстоянии (вылет электрода) от дуги (до 70 мм). Это позволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные токи (до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 200–250 А/мм², в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм². В результате повышается глубина проплавления основного металла и скорость расплавления электродной проволоки, т. е. достигается высокая производительность процесса. Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоянным током. В зависимости от способа перемещения дуги относительно изделия сварка выполняется автоматически и полуавтоматически. При автоматической сварке подача электродной проволоки в дугу и перемещение ее осуществляется специальными механизмами. При полуавтоматической сварке дугу перемещает сварщик вручную.

2.2 Виды сварки под флюсом

Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в некоторых случаях целесообразно применение двухдуговой или многодуговой сварки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для каждой дуги. При сварке сдвоенным (расщепленным) электродом дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного источника. Это несколько повышает производительность сварки за счет повышения количества расплавленного электродного металла.

Электроды по отношению к направлению сварки могут быть расположены последовательно или перпендикулярно. При последовательном расположении глубина проплавления шва несколько увеличивается, а при перпендикулярном уменьшается. Второй вариант расположения электродов позволяет выполнять сварку под флюсом при повышенных зазорах между кромками. Изменяя расстояние между электродами, можно регулировать форму и размеры шва. Удобно применение этого способа при наплавочных работах. Однако недостатком способа является некоторая нестабильность горения дуги. При двухдуговой сварке используют два электрода (при многодуговой несколько). Дуги могут гореть в общую или раздельные сварочные ванны (когда металл шва после первой дуги уже полностью закристаллизовался). При горении дуги в раздельные сварочные ванны оба электрода обычно перпендикулярны плоскости изделия. Изменяя расстояние между дугами, можно регулировать термический цикл сварки, что важно при сварке закаливающихся сталей.

Характеристики

Список файлов ВКР