Наплавка гребных валов под флюсом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение.

Переоборудование  токарных станков.

Гребной вал.

Механизм изнашивания поверхностей деталей.

Характеристика  видов износа.

Наплавка металла.

Общая характеристика процесса наплавки.

Технологический процесс и техника наплавки деталей.

Автоматическая  наплавка под флюсом.

Расчет наплавки под флюсом.

Подготовка к  наплавке.

Требования ТБ при ремонте гребного вала.

Экономическая   эффективность   наплавки   судовых гребных   валов.

Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение:

Автоматическая наплавка под флюсом стальных цилиндрических деталей судовых и портовых механизмов по винтовой линии широко применяется  на промышленных предприятиях речного  флота и регламентирована правилами  Речного Регистра. Ежегодно на наплавку цилиндрических деталей этими предприятиями  расходуется около 100 тонн электродной  проволоки.

Как показало обследование ряда предприятий, режимы автоматической наплавки цилиндрических деталей на практике в большинстве случаев  подбираются экспериментально, либо выбираются по данным отдельных литературных источников. Вместе с тем анализ литературы выявил значительные расхождения  в рекомендуемых различными источниками  значениях параметров режима. В результате применяемые на предприятиях режимы наплавки цилиндрических деталей зачастую не обеспечивают необходимой стабильности процесса наплавки, хорошего качества слоя наплавленного металла, а также достаточной производительности и экономичности процесса.

Отличными особенностями  большинства цилиндрических деталей  судов внутреннего плавания и  портовых  механизмов являются относительно небольшой диаметр и значительная длина наплавляемых участков (шейки  гребных и промежуточных валов  и баллеров). Эти особенности не всегда учитываются при назначении технологии и режимов наплавки, что влечет за собой сильный нагрев деталей в процессе наплавки и, как следствие, ухудшение формирования слоя наплавленного металла и его качества, затруднения в удалении шлаковой корки и необходимость прекращения процесса наплавки.

В 1966 – 1970 годах на кафедре  сварки судовых конструкций, машин  и механизмов ЛИВТа был проведен ряд исследований по установлению влияния отдельных параметров режима автоматической наплавки под флюсом стальных цилиндрических деталей сплошного сечения на формирование слоя наплавленного металла и на нагрев наплавляемой детали.

В результате исследований была разработана методика, позволяющая  произвести расчетных выбор схемы  наплавки (однозаходная и двухзаходная) и расчетное определение параметров режима наплавки (шага Н и скорости V_н наплавки, числа оборотов детали, т.е. шпинделя наплавочной установки n_y, скорости подачи электродной проволоки V_n,напряжения на дуге U_q и смещения электрода с зенита а), обеспечивающих хорошее формирование наплавленного слоя, высокие производительность, экономичность и качество наплавки, в зависимости от диаметра D наплавляемой детали, необходимого приращения его ∆D в результате наплавки и последующей обточки, а так же длины L_н надлежащего наплавке участка. Устанавливаемые расчетом по этой методике схема и значения параметров режима наплавки обеспечивают выполнение работы в каждом отдельном случае при наименьшем возможном расходе наплавочных материалов, электроэнергии и наименьших возможных отходах металла наплавленного слоя при его обточке.

Выполнение автоматической наплавки цилиндрических деталей производится на специальных наплавочных установках, для создания которых возможно использовать изношенные токарные станки, подлежащие списанию в результате длительной эксплуатации, приведшей к потере точности, необходимой при токарной обработке. В упомянутых выше исследованиях были разработаны указания по переоборудованию токарных станков в наплавочные установки и определены требования, которым такие установки должны удовлетворять.

 

 

Переоборудование  токарных станков в наплавочные  установки.

Для переоборудования токарно  – винторезного станка в наплавочную  установку необходимо располагать  следующими данными:

1. Таблица чисел оборотов n и величин подач Н станка;
2. Таблицами скоростей подач V_n электродной проволоки, обеспечиваемых подающим механизмом сварочного полуавтомата, устанавливаемого на суппорте станка;
3. Номенклатурой подлежащих наплавке деталей, с указанием их диаметров D, длин наплавляемых участков L_н и величин необходимых приращений диаметра ∆ Dпосле наплавки и последующей обточки.

Суммарное передаточное отношение  i всех передач, необходимое для снижения оборотов токарного станка определяется по формуле:

 

i = 0,125 D_max × n_min                (1)

где: n_min – минимальное число оборотов токарного станка, об/мин;

D_max – наибольший диаметр наплавляемых деталей, см.

Если диаметр подлежащим наплавке деталей превышает наибольший диаметр деталей, обрабатываемых над  нижней частью суппорта, то высота центров  может быть повышена путем установки  подкладок под переднюю и заднюю балки.

Определенное по формуле  передаточное отношение i может быть получено посредством одного или нескольких из следующих мероприятий:

1. Установка червячного или цилиндрического редуктора;
2. Проточка старых или изготовление новых шкивов;
3. Замена электродвигателя на двигатель с меньшим числом оборотов.

Полученное путем осуществления  вышеперечисленных мероприятий  передаточное отношение i₁ может на ± 10 – 20 % отличаться от определенного по формуле (1).

Число оборотов наплавочной  установки определяется по формуле:

 

n_y=n_ст/i₁      (об/мин)                                    (2)

 

где: n_y и n_ст – число оборотов установки и токарного станка.

Проверяется возможность  удобной настройки установки  на двухзаходную наплавку. При этом в диапазоне значений шага наплавки H=10÷ 20 мм, численно равным значениям подач установки, должна быть обеспечена возможность регулирования величин шага с интервалами ∆ Н не более 0,6 ÷ 0,8 мм без перенастройки гитары, что зачастую достигается включением звена увеличения шага. В отдельных случаях, при переоборудовании иностранных станков старых моделей кроме включения звена увеличения шага приходится заказывать другие шестерни для гитары или же подбирать специальную комбинацию из следующих шестерен.

Механизм подачи электродной  проволоки должен обеспечить подачу проволоки со скоростями в диапазоне  V_n= 75 ÷ 300 м/час (1,25 – 5,0 м/мин). Можно рекомендовать использование механизмов подачи специализированных головок типа  А – 580 и А – 580М для дуговой выплавки под флюсом тел вращения или сварочных полуавтоматов типа ПШ – 5.

Приспособление для установки  подающего механизма рекомендуется  закреплять на месте резцедержателя. При этом нижнюю часть суппорта следует  установить таким образом, чтобы  резцедержатель был расположен по другую сторону детали.

Емкость для флюса может  быть установлена непосредственно  на станке или подвешена над станком  на специальной балке-траверсе.

После переоборудования станка должно быть составлено описание (паспорт) наплавочной установки.

 

 

Гребной вал.

   Гребной вал — ось, вращающая движитель, — гребной винт, гребные колеса или крыльчатый движитель. Внутренний конец гребного вала винтовою судна соединяется с коренным валом двигателя непосредственно или у многооборотных двигателей через редуктор. Противоположный конец гребного вала выводится за борт в кормовой части судна ниже уровня воды и на него надевается гребной винт. У одновинтовых судов дейдвудная труба с гребным валом проходит через специальное отверстие в ахтерштевне, у двух- и четырехвинтовых — соответственно по одной или по две дейдвудных трубы с каждого борта по обе стороны ахтерштевня, а у трехвинтовых — сквозь ахтерштевень и по одной с каждой его стороны. Гребные валы винтовых судов располагают: у одновинтовых по линии диаметральной плоскости, у многовинтовых параллельно ей. 
У некоторых ледоколов, помимо кормовых, имеются один-два носовых винта, служащих не столько для тяги судна, сколько для разрежения впереди себя ледяной каши, зачастую сбивающейся в мощные массивы. В этом случае гребной вал выводится в подводной носовой части судна. 
Гребной вал колесных судов располагается горизонтально, перпендикулярно диаметральной плоскости, причем оба конца выводятся за противоположные борта на некоторой высоте над водой. У колесных пароходов гребной вал является концами коленчатого вала и приводится во вращательное движение непосредственно шатунами паровой машины с горизонтально или несколько наклонно расположенными цилиндрами. У колесных теплоходов гребной вал соединяется с валом двигателя обычно при помощи системы зубчатых колес (редуктор).

         Гребные валы достигают диаметра 1000 мм, длиной около 10 м и массой 50 тонн.

          Обычно валы  изготавливают из углеродистых сталей марок 35, 40, 45 и легированных

сталей марок 40ХН, 38ХГН, 38ХВА  и др.

 

2. Механизм изнашивания поверхностей деталей.

Стандартной терминологии в  области трения и изнашивания  пока нет. Предложены следуюшие определения:

Изнашивание – процесс  постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении  с поверхности трения материала  и его остаточной деформации и  является основным фактором, ограничивающим срок службы оборудования, работающего  в самых различных условиях.

Износ – результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения  или остаточной деформации металлов.

Интенсивность изнашивания  – отношение величины износа к  обусловленному пути, на котором происходило  изнашивание, или объему выполненной  работы.

Относительная износостойкость - безразмерный показатель, характеризующий  соотношение абсолютных величин  износа двух материалов, из которых  один принят за эталон.

Скорость изнашивания - отношение  величины износа ко времени, в течение  которого он возник.

Обычно вид изнашивания  определяется условиями службы деталей. В ряде случаев одним и тем  же внешним условиям эксплуатации могут  соответствовать различные виды изнашивания.

Изнашивание осуществляется в результате взаимодействия рабочего органа машины или конструкции с  сопряженной деталью или с  обрабатываемой средой и зависит  от следующих факторов: состава, структуры и свойств как материала, из которого изготовляется рабочий орган сопряженной детали или обрабатываемой среды, так и от внешних условий – температуры, давления, агрессивности среды.

Исследователями выдвигаются  с разной степенью аргументированности  гипотезы о механизме изнашивания. Они в основном включают предположение о том, что процесс изнашивания сводится к сумме большого числа элементов царапания или усталостного явления вследствие многократного пластического передеформирования одних и тех же участков рабочей поверхности. Процесс изнашивания рассматривается также, как образование на рабочей поверхности пластически выдавленных канавок; или как при изнашивании микрорельеф, структура и прочностные характеристики металла претерпевают необратимые изменения, в результате которых формируется своеобразное остаточное состояние поверхностных слоев после снятия нагрузки.

В любом случае при всех условиях процесс изнашивания осуществляется в соответствии с фундаментальными законами природы, в частности, законом  сохранения энергии.

Для того, чтобы отделить от монолитной детали некоторый микро  или макрообъём, нужно затратить энергию, по крайней мере, равную величине энергии, необходимой для образования двух новых поверхностей соответствующей площади .

Энергия, расходуемая на разрушение, складывается из энергий  необходимых на: упругую деформацию Е_у, на вдавливание составляющих изнашивающей среды в метал Е_в на глубину, равную средней величине износа за один цикл; образование трещины Е _от ; энергии, соответствующей работе приложенного напряжения при раскрытии трещины Е_рт и эффективной энергии образования новых поверхностей 2Е_п :                              Е_р = Е_у + Е_в+ Е_от + Е_р.т + 2Е_п

 

 

Характеристика  видов износа

Обычно вид изнашивания  определяется условиями службы деталей. В ряде случаев одним и тем  же внешним условиям эксплуатации могут  соответствовать различные виды изнашивания.

^{По признаку основных явлений, обусловливающих  эффект изнашивания, его можно объединить в следующие четыре главные группы: механический, молекулярно-механический, коррозионно-механический и кавитационный (рис. 1) .}

По виду сред и условиям работы пар трения выделяют механическое изнашивание, абразивное изнашивание, высокотемпературное окислительное  изнашивание, изнашивание струей жидкости и другие.

По механизму разрушения трущихся поверхностей различают следующие  виды изнашивания: адгезионное, абразивное, при резании (зазоре, царапании), коррозионное, поверхностная усталость, ударное, кавитационно-эрозионное.

На практике редко встречаются  случаи изнашивания по какому–либо  одному из видов, приведенных выше. Обычно вид изнашивания определяется условиями эксплуатации деталей в сложных реальных условиях и по любой из известных классификаций может быть отнесен к нескольким из выделенных видов. В ряде случаев одним и тем же внешним условиям эксплуатации могут соответствовать различные виды изнашивания.

 

^{Рисунок 1 – Классификация  основных видов изнашивания}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наплавка металла.

Наплавка металла —  это нанесение металла на поверхность  детали с помощью сварки.

По техническим признакам  различают следующие виды наплавки:

• по степени механизации процесса — ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая;
• по способу защиты металла в зоне сварки — под слоем флюса, под расплавленной обмазкой электрода в вакууме и в защитном газе;
• по характеру протекания процесса — непрерывные и прерывные.