Организация и технология капитального ремонта двигателя ВАЗ-2114

С целью повышения производительности и упрощения контроля и сортировки деталей в специализированном ремонтном производстве применяют дефектовочные калибры (жесткий предельный инструмент) и шаблоны. Шаблоны изготавливают по принципу однопредельных скоб.

Погнутость, скрученность, биение и коробление поверхностей деталей определяют при помощи специальных приспособлений и устройств. Для этой цели используют поверочные плиты; универсальные штативы с индикаторами часового типа, специальные призмы и центры, линейки, угольники, щупы.

Скрытые дефекты деталей (трещины, раковины и др.) выявляют пневматическим, гидравлическим, магнитным, капиллярным и ультразвуковым методами.

Пневматический метод применяют для проверки герметичности радиаторов, топливных баков, топливопроводов, резиновых камер и т. д. Деталь погружают в ванну с водой. Если она имеет больше одного отверстия, то остальные закрывают пробками, а в оставшиеся подают воздух. По пузырькам выходящего воздуха определяют место дефекта.

Гидравлическим методом на специальных стендах проверяют герметичность рубашек блоков, головок цилиндров, всасывающих труб двигателей и т. д. Деталь устанавливают на стенд, отверстия закрывают специальными заглушками с прокладками, внутреннюю полость заполняют водой и создают определенное давление. Подтекание воды укажет место трещины. Гидравлический метод применяют также при проверке плунжерных пар, нагнетательных клапанов топливных насосов высокого давления, форсунок и топливопроводов после ремонта.

Капиллярные методы позволяют выявить нарушения сплошности (трещины, поры и т. п.) у деталей, изготовленных из ферромагнитных и немагнитных материалов. Они основаны на способности некоторых жидкостей проникать в мельчайшие поверхностные нарушения сплошности. К этим методам относится люминесцентная и цветная дефектоскопии.

Для обнаружения скрытых дефектов в деталях, изготовленных из стали и чугуна, применяют метод магнитной дефектоскопии (Рисунок 8). Перед его применением деталь намагничивают. Магнитные силовые линии проходят через деталь и огибают трещину или иной дефект, как препятствие с малой магнитной проницаемостью. Над трещиной образуется поле рассеивания магнитных садовых линий, а по ее краям образуются магнитные полюсы.

 

                           

 

Рисунок 8 -   Схема прохождения магнитных силовых линий в детали с дефектом

 

Для обнаружения неоднородности магнитного поля деталь поливают суспензией из смеси керосина и трансформаторного масла в одинаковом соотношении. В суспензии во взвешенном состоянии находятся мельчайшие частицы магнитного порошка — оксида железа (магнетик).

Магнитный порошок притягивается краями трещины, очерчивая ее границы. После контроля на магнитных дефектоскопах детали размагничивают. Для этого при переменном токе деталь медленно выводят из соленоида, а при постоянном токе изменяют полярность, постепенно уменьшая силу тока. Данный метод весьма эффективен и позволяет обнаружить трещины менее 1 мкм.

 

 

3 Анализ и выбор  способов устранения дефектов  детали

 

3.1 Сварка

 

3.1.1 Сварка чугуна

 

Как известно, чугун представляет сплав железа с углеродом при содержании последнего более 2,0%. В зависимости от состояния, в котором находится углерод, различают чугуны серые и белые. В серых чугунах углерод находится преимущественно в свободном состоянии в форме графита, что обусловливает хорошую обрабатываемость чугуна и серый цвет его в изломе. В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии (в основном в форме карбида); это обусловливает высокую твердость и очень плохую обрабатываемость чугуна режущим инструментом. Излом белого чугуна светлый, блестящий.

В судостроении применяются, главным образом, серые чугуны марок СЧ-24, СЧ-36 и СЧ-48 в виде отливок различных деталей механизмов, арматуры, дельных вещей и т. п. В связи с плохой свариваемостью чугуна сварных конструкций из него не делают и сварку чугуна (в условиях судостроительного предприятия) применяют только в двух случаях: 1) для исправления пороков различных отливок, идущих на изготовление новых механизмов, арматуры, дельных вещей; 2) при ремонте отдельных чугунных деталей заводского оборудования (например, станин, колонн, кронштейнов станков) либо при ремонте судовых механизмов.

При сварке всех применяемых марок серых чугунов проявляется целый ряд их специфических свойств, значительно осложняющих процесс.

1. Чувствительность чугуна к  большим скоростям охлаждения (которые  присущи сварке), вызывающим его  отбеливание. В результате в месте  сварки образуется слой необрабатываемого  хрупкого белого чугуна, имеющего  физические и механические характеристики, отличающиеся от характеристик  серого чугуна.

Различие в коэффициентах линейного и объемного расширения серого и белого чугунов приводит к тому, что при охлаждении в переходной зоне возникают высокие скалывающие напряжения, которые способствуют образованию трещин в этой зоне.

2. Низкие пластические свойства  чугуна, характеризуемые отсутствием  площадки текучести на диаграмме  растяжения, а также резким переходом  чугуна из жидкого состояния  в твердое и обратно. Хрупкость чугуна делает его чувствительным к перенапряжениям и тем самым усиливает его склонность к образованию трещин при сварке.

3. Увеличение объема чугуна при  охлаждении, обусловленное интенсивной  графитизацией его в интервале температур 1200-1100° С; это явление при сварке носит местный характер, что способствует образованию напряженного состояния в металле в зоне сварки.

4. При сварке происходит выгорание  углерода с образованием окиси  СО, которая способствует пористости металла шва.

Несмотря на трудности, сварка чугуна применяется весьма широко и, как правило, плавлением. Чугун сваривается угольным электродом, металлическим электродом или газовой сваркой.

Все существующие способы сварки чугуна можно разбить на две группы: сварка с подогревом (горячая и полугорячая), и сварка без подогрева (холодная). Эти способы отличаются один от другого начальной температурой изделия, металлургическими процессами и конечной структурой металла шва.

Для устранения дефектов деталей автомобиля используются ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка и наплавка под флюсом или в защитном газе, вибродуговая наплавка, газовая сварка и наплавка, контактная сварка и другие виды сварки и наплавки.

 

 

3.1.2 Горячая  сварка чугуна

 

Особенность горячей сварки чугуна заключается в необходимости создания условий для относительно равномерного нагрева и замедленного охлаждения чугуна после окончания сварки, что должно обеспечить выделение углерода в форме графита, т. е. графитизацию чугуна, и предотвратить выделение углерода в форме карбида Fe3C, т. е. его отбеливание. Необходимо также компенсировать некоторый угар углерода. В связи с этим обязателен предварительный нагрев всего изделия до температуры 600-700 °С.

Горячая сварка чугуна была разработана и успешно применялась еще Н. Г. Славяновым. Процесс горячей сварки по существу аналогичен отливке чугуна в нагретую форму. В месте сварки кромки скашивают с углом раскрытия 60-90°; затем изделие заформовывают графитовыми пластинками или другими формовочными материалами. Графитовые пластинки укрепляют формовочной массой из смеси песка и жидкого стекла, которая снаружи закрепляется кожухом из тонкого железа. После просушки формы всю деталь вместе с формой нагревают в печи, в горне или в специальном колодце, вырытом в земле, до температуры 600-700° С. Сварка производится только в нижнем положении с нагревом зоны сварки дугой или газовым пламенем. Электродуговая сварка ведется как постоянным, так и переменным током электродами из серого чугуна (обычно с повышенным содержанием С и Si, которые способствуют более полной графитизации чугуна) диаметром 6-12 мм. Чтобы очистить металл в сварочной ванне от окислов, в качестве флюса применяют буру (Na2B4O7). Силу тока выбирают по эмпирической формуле.

Если в качестве источника нагрева используется газовое пламя, мощность горелок принимают исходя из условия расхода 80 л ацетилена в час на каждый 1 мм свариваемой толщины; пламя науглероживающее (О2/С2Н2 = 0,9). Присадочный пруток из серого чугуна диаметром 4-12 мм. Процесс сварки должен быть непрерывным, чтобы сварочная ванна все время оставалась в жидком состоянии. Это обеспечивает очищение метала ванны от окислов и газов. Если объем сварки большой, шов делят графитовыми пластинками на несколько участков и работу выполняют попеременно два сварщика.

Закончив процесс сварки, деталь тщательно закрывают (например, асбестом) и засыпают песком, чтобы обеспечить медленное ее остывание, либо ведут остывание детали вместе с печью. Таким образом достигается получение в шве мягкого серого чугуна, мало отличающегося от основного металла изделия, что и является достоинством этого способа сварки.

Отметим следующие недостатки рассмотренного способа: 1) необходимость заформовывать место сварки; 2) необходимость нагрева всей детали; 3) трудность обеспечения равномерного нагрева всей детали; 4) возможность деформации изделия, нагретого до температуры 600-700 С, под влиянием собственного веса; 5) длительность и высокая стоимость процесса. Ввиду этого способ горячей зарки на судостроительных предприятиях находит лишь ограниченное применение.

 

 

3.1.3 Полугорячая  сварка чугуна

 

Способ полугорячей сварки в известной мере представляет видоизменение горячей сварки чугуна. Сущность его заключается в том, что графитизация чугуна достигается введением в зону сварки графитизирующих веществ (Si, Al, Ti) и общим или местным подогревом изделий несложной формы до температуры 200-300° С, а более сложных - до 400-450° С, что обеспечивает их замедленное охлаждение и улучшение условий выделения графита. Подогрев производится газовым пламенем.

В качестве электродов используют серый чугун, содержащий углерод, кремний и другие элементы; пруток покрывают слоем специального покрытия, также содержащего графитизаторы. Так, например, разработанное Оргаметаллом покрытие марки ОМЧ-1 содержит 41% графита, 9% ферромарганца, 25% мела, 25% полевого шпата. Толщина покрытия составляет 1,2-1,5 мм. Покрытие электрода, расплавляясь, попадает в сварочную ванну; при этом часть графита выгорает и создает газовую защиту сварочной ванны, а другая часть компенсирует угар углерода из чугуна.

Диаметр применяемых электродов 6-8 мм; ток постоянный или переменный.

Формовка места сварки не требуется (за исключением случая заварки пороков на углах, когда формовка необходима для удержания металла канны). Сварка ведется в нижнем положении короткими валиками, так как при сварке длинными и узкими валиками получаются трещины. Для небольших заварок на массивных изделиях, для которых характерно быстрое охлаждение зоны сварки, увеличивают высоту наплавки, что замедляет ее охлаждение; после охлаждения лишний металл срубают.

Полугорячий способ сварки менее сложен, чем горячий, и нашел довольно широкое применение. Однако при сварке по этому способу в ряде случаев не исключено образование зон отбеливания или образование трещин при резком и неравномерном подогреве детали.

 

 

3.1.4 Холодная  сварка чугуна

 

Особенность холодной сварки чугуна заключается в том, что сварка ведется без всякого предварительного подогрева изделия. Существует большое количество разновидностей методов холодной сварки (свыше 40), но все они практически могут быть сведены к трем основным видам:

1) сварка  стальными электродами;

2) сварка  электродами из специальных сплавов  и цветных металлов;

3) сварка  чугунными электродами.

При холодной сварке чугуна стальными электродами для уменьшения разогрева чугуна в зоне сварки при наложении первого слоя (облицовки) используют стальные малоуглеродистые электроды малого диаметра (3 мм) с тонким (меловым) покрытием при силе тока не более 90 а. Последующие слои могут выполняться электродами как с тонким, так и с толстым покрытием (типа УОНИ-13) при увеличенном диаметре электрода, однако с условием, чтобы не допускать сильного нагрева чугуна в зоне сварки. Поэтому сварка ведется с перерывами таким образом, чтобы температура основного металла вблизи места сварки не превышала 50-60° С. Получаемый металл шва состоит из половинчатых сплавов: вблизи основного металла - это малолегированный белый чугун, в остальной части шва - углеродистая сталь. Место сварки в связи с закалкой металла шва и отбеливанием зоны термического влияния не поддается механической обработке, а сам процесс часто сопровождается возникновением трещин и «отслаиванием» (отрывом) металла шва.

При ремонте ответственных изделий - колонн, машин, станин кронштейнов и т. п. - для увеличения механической прочности соединения часто применяют ввертыши (шпильки с резьбой) либо другие механические связи типа планок, анкеров (поперечных связей круглого сечения) и т. п. Ввертыши, планки, анкеры изготовляют из малоуглеродистой стали. Назначение ввертышей - связывать металл шва с чугуном, передавая усилия от шва вглубь, в массу основного металла с неизменной структурой, минуя пограничный хрупкий слой стали и отбеленного чугуна. Размеры соединительных ввертышей или анкеров выбирают исходя из условия равнопрочности этих элементов основному металлу (чугуну). Сначала выполняют сварку вокруг шпилек, а затем, когда вся поверхность разделки закрыта первым слоем, заполняют шов обычным порядком. Процесс сварки ведут с перерывами для охлаждения детали. Рассматриваемым способом, как правило, невозможно достигнуть достаточной непроницаемости соединения и хорошей обрабатываемости металла.

Во многих случаях, когда необходимо заварить пороки литья или эксплуатационные разрушения в виде задиров, выработок и трещин в местах, где требуется плотный и легко обрабатываемый металл, но допустима неравнопрочность с основным металлом, чугун сваривают электродами из сплавов нa медной или никелевой основе. Успешно применяются электроды из медноникелевого сплава - монель-металла (Cu~30%; Ni до 63%; остальные компоненты Mn, Si, Fe). Температура плавления этого сплава близка к температуре плавления чугуна, поэтому в процессе сварки происходит хорошее перемешивание сплава с чугуном. Никель и медь, находящиеся в сплаве, способствуют графитизации чугуна в зоне сплавления, т. е. уменьшают опасность возникновения значительной зоны отбеливания. Так как сплав обладает хорошими пластическими свойствами, металл шва устойчив против трещинообразования. На электроды из этого сплава наносят покрытие, содержащее графит и мел. Диаметр электродов da = 2-6 мм; ток постоянный, полярность обратная. Сила тока Iсв = (30 - 40) dэ.