Технологический процесс восстановления изношенной поверхности фрикционной планки тележки грузового вагона

Применимость способа восстановления к конкретной детали определяется конструктивно-технологическими характеристиками. К ним относятся:

1. форма и размеры детали;
2. материал детали, его термическая обработка и свариваемость;
3. характер и величина эксплуатационных нагрузок, воспринимаемых деталью;
4. твердость рабочей поверхности;
5. величина износа;
6. точность изготовления детали;
7. программа ремонта детали.

Для восстановления изношенной поверхности фрикционной  планки применимы следующие способы: ручная дуговая наплавка, автоматическая наплавка проволокой под флюсом или в защитных газах, наплавка порошковой проволокой.

       Рассмотрим преимущества и недостатки каждого из способов восстановления.

 

 

 

 

2.1.1 Автоматическая наплавка  проволокой под флюсом.

 

В большинстве случаев для наплавки цилиндрических и плоских поверхностей при значительном объеме восстанавливаемых деталей находят применение различные способы механизированной дуговой наплавки. Применение этих технологических процессов позволяет достигнуть (особенно при значительных площадях изношенной поверхности детали) высокой производительности процесса наплавки, уменьшить проплавление основного металла и деформации восстанавливаемой детали. В механизированных способах наплавки в качестве защитной среды может быть использован гранулированный флюс или газовая защитная атмосфера (инертный или активный газ).

Наиболее распространенным процессом  механизированной дуговой наплавки является автоматическая наплавка под  слоем флюса.

В данном способе процесс наплавки ведется одним или несколькими  электродами (проволокой), которые механизированным путем подаются в наплавочную  ванну и перемещаются по наплавляемой поверхности детали. Дуга и наплавочная  ванна изолированы от окружающей атмосферы слоем флюса.

Рекомендуется для массового использования  наплавленных изделий простой формы.

Преимуществами  являются отсутствие излучения и  разбрызгивания, большая производительность (3-8 кг/ч), простота осуществления процесса, не требующая высокой квалификации сварщика, высокое качество наплавленного слоя, более экономное использование тепла дуги (эффективный КПД нагрева 0,9-0,99)

Недостатками являются значительное тепловложение в основной металл, а также глубина проплавления и доля участия. Непригодность метода для наплавки деталей малого диаметра (менее 50 мм).

Процесс наплавки под флюсом ведут как на переменном, так и на постоянном токе. При  наплавке на постоянном токе чаще всего  используется обратная полярность.

Режим наплавки может быть определен расчетным  путем либо по справочным таблицам.

Для каждого  диаметра электродной проволоки  существует оптимальный диапазон плотностей тока.

Диаметр электродной  проволоки выбирается в зависимости  от толщины наплавляемого слоя (для  плоских поверхностей) или от диаметра детали (по справочнику).

 

Основные  параметры процесса:

 

1. Ток наплавки;
2. Напряжение на дуге;
3. Скорость наплавки;
4. Скорость подачи проволоки;
5. Диаметр электродной проволоки;
6. Марка электрода

          С целью повышения производительности процесса наплавки, а также уменьшения глубины проплавления основного металла разработаны и находят применение в промышленности различные технологические варианты наплавки под флюсом.

1. Одноэлектродная наплавка с дополнительной подачей порошкового наплавочного материала.

В данном варианте наплавки уменьшается глубина проплавления и доля участия, т.к. часть тепла  дуги расходуется на расплавление порошка  и уменьшается тепловложение  в основной металл. В качестве наплавочного порошка может быть использована рубленая проволока, отхода механической обработки.

2. Одноэлектродная наплавка с наложением поперечных колебаний на электрод.

В данном варианте происходит увеличение ширины наплавочного слоя, уменьшение глубины проплавления и доли участия. Кроме того. при  наплавке колеблющимся электродом уменьшается  длина наплавочной ванны, что  уменьшает опасность стекания металла  при уменьшении диаметра детали.

3. Возможно применение при наплавке с флюсом нескольких электродов.

а) Многоэлектродная наплавка под флюсом.

        Все электроды подключены к одному источнику, дуга горит поочередно на        разных электродах. Процесс ведется в общую наплавочную ванну.

В данном варианте получается плоский  наплавочный слой.

            б) Многодуговая наплавка.

        Процесс ведется  каждый в свою ванну. Электроды  питаются от отдельного источника  питания.

В данном варианте достигается максимальная производительность.

4. Наплавка ленточным электродом.

Преимуществами являются увеличение ширины слоя, уменьшение глубины проплавления и доли участия.

В данном варианте дуга горит не на всей поверхности. Применяются ленты  шириной до 40-50 мм.

5. Наплавка пластинчатым электродом.

преимуществом является простота способа. Недостаток – требуется время  на подготовку рабочего места.

 

                           2.1.2 Ручная дуговая наплавка

 

   Ручная наплавка может проводиться плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом.

   Наплавка неплавящимся электродом ведется на постоянном токе прямой полярности или на переменном токе. На восстанавливаемую поверхность детали наносится порошковая смесь или паста, которая расплавляется теплом дуги. Толщина наплавляемого слоя 1-2 мм. В большинстве случаев применяется наплавка вольфрамовым электродом в защитном газе аргоне. Производительность ручной наплавки в аргоне 1 кг/ч, доля участия 4-10 %, эффективный КПД дуги 0,7-0,85. Этот способ наплавки находит применение для облицовки деталей высоколегированными сплавами, причем уже в первом слое возможно получить состав, идентичный составу наплавляемого металла.

   При восстановлении изношенных деталей в промышленности наиболее широкое применение находит ручная дуговая наплавка плавящимся электродом. Процесс наплавки ведут штучным электродом с покрытием, который подается в дугу и перемещается вдоль поверхности.

   Преимуществами являются возможность наплавки поверхностей любой конфигурации и любых размеров; невысокая стоимость оборудования (держатель, источник питания).

   Недостатками являются низкая производительность, это обусловлено ограничениями величины тока, из-за возрастания потерь на разбрызгивание; нестабильность качества, увеличение трудоемкости процесса наплавки.

   Основные параметры процесса:

1) Ток наплавки;

2) Напряжение на дуге;

3) Тип, марка и диаметр электрода

 

   Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины наплавляемого слоя по справочнику.

   Тип и марка наплавочного электрода выбирается с учетом условий работы восстанавливаемой поверхности детали.

 

2.1.3 Дуговая наплавка в  защитных газах.

 

    Наплавку в защитных газах может проводиться в инертных и защитных газах. при наплавке используется аргон, гелий, их смеси с углекислый газ. Наплавка в защитных газах применяется для нанесения слоя металла на изношенную или упрочняемую поверхность детали для повышения износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости. Она может быть автоматической или полуавтоматической.

   Преимуществами данного вида наплавки являются значительно меньшее тепловложение в основной металл, чем при наплавке под флюсом, что позволяет наносит тонкие слои на детали небольших размеров, а также на детали с тонкими стенками, визуальное наблюдение за процессом и возможность его широкой механизации и автоматизации с использованием серийного сварочного оборудования. Ее применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях, внутренних поверхностей, глубоких отверстий, мелких деталей и сложных форм и т. п. Технология выполнения наплавки в защитных газах во многом сходна с технологией наплавки под флюсом, отличие лишь в том, что вместо флюсовой применяют газовую защиту зоны сварки.     Помимо перечисленных преимуществ это освобождает сварщика от необходимости засыпки флюса и удаления шлака.

   Недостатком способа является то, что в процессе наплавки в углекислом газе наблюдается значительное разбрызгивание электродного металла, возможность образования пористости в наплавленном металле, повышение стоимости процесса наплавки в инертных газах, выгорание легирующих элементов при наплавке в углекислом газе, дуга в защитных газах менее устойчива, чем под флюсом, поэтому диапазон оптимальных значений параметров режимов более узок, чем при наплавке под флюсом.

   Наибольшее распространение при восстановлении изношенных деталей в ремонтном производстве нашла наплавка в углекислом газе. Процесс ведется на постоянном токе обратной полярности проволокой сплошного сечения или порошковой проволокой.

   Наплавка в углекислом газе в 3 раза производительнее, чем ручная дуговая наплавка, и на 25 %, чем наплавка под флюсом.

   Наплавка в углекислом газе эффективна для восстановления деталей малого диаметра (<50 мм), нанесения тонких слоев (от 0,5 до 3,5 мм).

 

 

   Исходя из конструктивно-технологических характеристик и рассмотренных преимуществ и недостатков различных способов восстановления изношенной поверхности детали, можем принять метод ручной дуговой наплавки, т.к. в сравнении с автоматической наплавкой под слоем флюса данный метод более прост и экономичен, а наплавка в защитных газах не позволяет получить слои свыше 3,5 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Схема технологического  процесса восстановления изношенной  детали.

 

   Технологический процесс восстановления изношенной детали состоит из подготовительных операций, операций нанесения покрытия, последующей термической и механической обработки, а так же контрольных операций.

   В ремонтном производстве после разборки узла восстанавливаемая поверхность фрикционной планки подвергается очистке, мойке и дефектации. При дефектации выявляются эксплуатационные дефекты: трещины, износ. Определяется величина износа трущейся поверхности фрикционной планки, равномерность его распределения. Дефекты и повреждения выявляются как визуально, так и с использованием вспомогательных средств контроля, например, луп, шаблонов, дефектоскопа. При наличии износа, превышающего допустимый, деталь направляется на восстановление.

   При неравномерном износе  по сечению детали обычно производится  предварительная механическая обработка  изношенной поверхности для выравнивания  восстанавливаемой поверхности.

   Важным этапом, определяющим  в значительной степени качество  и работоспособность восстанавливаемой  фрикционной планки, является подготовка  ее поверхности перед нанесением  покрытия.

   Контроль качества наплавленных поверхностей проводится визуальным осмотром после завершения наплавки.

   Блок-схема технологического процесса ремонта фрикционной планки приведена на рис.5

 

 

                                        Предварительный осмотр

                  

 

 

Сухая очистка

 

 

Разборка  оборудования

 

 

Обмывка детали

 

 

Дефектация

(выявление дефектов)

 

Предварительная механическая

обработка поверхности

 

 

Предварительный подогрев детали до Т=250-350 ⁰С

 

 

Нанесение покрытия

 

Контроль для определения толщины

и определения  дефектов

 

 

Механическая  обработка

 

 

Контроль

 

 

Рис. 5  Схема технологического процесса восстановления изношенной фрикционной  планки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет оптимального  состава и выбор марки материала  покрытия.

 

   Износостойкость и долговечность восстановленной детали определяется, главным образом, составом и структурой покрытия.

   Тип наплавочного электрода выбираем по твердости основного металла 286 НВ, по виду износа – абразивного без смазки, а также исходя из группы условий работ (5 группа). Выбираем электрод марки ОЗН-300, стержнем электрода является легированная проволока марки ЭН-15Г3-25, основное покрытие, его твердость 270-360 HB. Химический состав наплавочного материала приведен в табл.4

 

Таблица 4

Химический состав электрода марки ЭН-15Г3-25

Углерод	Марганец	Сера	Фосфор
≤0.15	0.30	≤0.04	≤0.04