Технология восстановления выпускного клапана двигателя NVD-48

Дефектацию  выполняют с целью уточнения  ведомостей на ремонт деталей, представленных Заказчиком, уточнения договорных условий и организационно-технических мероприятий по подготовке производства к ремонту.

Под дефектоскопией понимается совокупность методов и средств контроля состояния материалов и изделий на отсутствие в них дефектов, недопустимых по условиям эксплуатации.

В ходе дефектации кроме обнаружения дефектов производится оценка пригодности выпускных клапанов к дальнейшей эксплуатации или ремонту, определяются метод (способ) ремонта и необходимые инструменты, приспособления и материалы, выбираются технологические маршруты ремонта и исполнители, рассчитывается трудоемкость, стоимость и сроки ремонта .

Выпускной клапан дизеля NVD 48 выбраковывают из-за износа уплотнительного пояска, трещин и рисок на фаске клапана, образования свищей, а так же деформаций в результате теплового и механического воздействия.

Дефектация  клапана  производится в механосборочном  цехе на площадке, оснащенной грузоподъемными устройствами и достаточным освещением для осмотра.

Дефектацию клапана начинается с предварительного визуального осмотра, при котором выявляются дефекты, определяемые без применения специальных способов и приборов: забоины, трещины или сетка трещин, сквозные трещины на тарелке клапана, являющиеся следствием начавшихся усталостных повреждений основного металла. Методы капиллярной дефектоскопии основаны на способности смачивающих жидкостей, нанесенных на очищенную поверхность детали, заполнять мелкие трещины. Лишнюю жидкость с поверхности удаляют. На поверхность наносят проявитель в виде специальной белой краски или порошка, под действием которого выступающая из полостей жидкость окрашивает проявитель и образует хорошо видный на белом фоне индикаторный рисунок, являющийся информативный параметром о месте расположения, форме и протяженности дефекта. Предварительно оценивается величина выгорания торца тарелки клапана, которая не должна превышать более 75% допустимой согласно тех. условиям на ремонт клапана. Качество сопряжения уплотнительный поясок – седло клапана проверяется путем налива керосина в подклапанную полость собранного клапана. И испытывается в течение 5 минут, при чем пропуски керосина не допускаются.

Дефекты штока выпускного клапана возникают за счет отложений на нем  продуктов сгорания, имеющих в своем составе абразивные частицы, а так же за счет трения во втулке. Это в итоге приводит к изгибу штока и заклиниванию клапана.

Основным дефектом тарелки выпускного клапана является утрата клапанной парой первоначальной плотности. Это является следствием эрозионного изнашивания рабочих поверхностей тарелки клапана. Так же дефектами выпускных клапанов являются трещины и риски на фаске клапана, при механических  и  ударных воздействиях.

Рисунок 2 – Эскиз выпускного клапана с дефектами уплотнительного пояска

 

В результате проведенной  дефектации установлено, что основным дефектом тарелки выпускного клапана  является износ уплотнительного  пояска из-за потери герметичности (рисунок 2) вследствие эрозии и прожогов, что приводит к прорыву газов и, как следствие, нарушению работоспособности всего узла.

Таблица 1. Классификация повреждений выпускного клапана.

Дефекты	Характер проявления дефектов	Причины	Способ устранения
Потеря  плотности сопрягаемых поверхностей тарелки клапана и седла.	Снижение давления сжатия в камере сгорания. Нагревание всасывающего коллектора.	Наклёп, коробление поля тарелки клапана. Риски, трещины.	Проточить поле тарелки клапана и притереть его по месту. Клапаны, имеющие сквозные трещины - заменить.
Износ направляющей втулки и штока клапана.	Прорыв  выпускных газов через зазор. Нагрев всасывающего коллектора.	Недостаток  смазки или низкое качество масла	Заменить  втулку
Поломка пружины	Снижение  давления сгорания	Некачественный  материал пружины.	Заменить  пружину
Коррозия  и эрозия полей тарелки и седла клапана	Стук  в районе крышки цилиндра.	Отсутствие  стопорных устройств.	Запрессовать  новое седло. Притереть тарелку клапана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор марки материала для нанесения покрытия

 

      Для восстановления клапанов с ресурсом на уровне новых, непременным условием является получение наплавленных слоев с физико-химическими свойствами

  не уступающими подобным свойствам  новых клапанов. Получение таких свойств, во многом определяется правильным выбором эксплуатационных, физико-механических, технологических и экономических факторов наплавочного материала. К наплавочным материалам относятся аустенитные электродные проволоки марок Св–06Х19Н19Т, Св–08Х19Н9Ф2С (ГОСТ 2246 – 70), специальные проволоки марок 410, 410L, 403, стеллитовые электроды марок В2К и В3К (ГОСТ 21449 – 75). Но лучшие результаты, как по качеству наплавленных слоев, так и по физико-механическим показателям, получены при использовании порошков следующих марок: ПГ – СР2, ПГ – СР3, СНГН, ВСНГН.

Для наплавки уплотнительного пояска выпускного клапана после проведения исследований был выбран порошок ПГ – СР2 (ГОСТ 1448 – 75), обладающий твердостью 40 – 45 HRC.

Сварочный порошок ПГ – СР2 должен проходить  входной контроль:

1) просеять через сито 0,4 для обеспечения грануляции в пределах              0,15 – 0,4 мм;

2)  перед   наплавкой   прокалить    при   температуре 220 – 260 °С  в   течении 2 – 4 часов. Спекание порошка не допускается;

Химический  состав порошка ПГ – СР2:

Углерод (C) = 0,3%; Хром (Cr) =13,5%; Кремний (Si) = 2,5%;

Вольфрам (W) = 1,8%; Никель (Ni) = 0,8%; остальное – кобальт (Co).

 

6. Технология восстановления  уплотнительного

пояска выпускного клапана

 

Первым  этапом реализации выбранной технологии является подготовка поверхности под плазменно-порошковую наплавку

Уплотнительный поясок тарелки  шпинделя выпускного клапана  проточить  на металлорежущем станке до основного металла, сохраняя построечный угол уплотнительного конуса с обеспечением плавных переходов, как показано на    рисунок 3. Шероховатость обработанных  поверхностей  не  должна  быть  более  6 мкм  по ГОСТ 2789 – 73.

Рисунок 3 – Проточка уплотнительного пояска шпинделя клапана

 

Перед наплавкой необходимо произвести предварительный  нагрев тарелки выпускного клапана до 600 – 650 °С. Подогрев клапана осуществляется  в термопечи. Контроль температуры осуществляется термопарами с гальванометром (ХК ГОСТ 6616 – 73).

Предварительный подогрев необходим, чтобы предотвратить  образование закалочных структур и снизить остаточные напряжения термического происхождения, возникающие в процессе наплавки.

Клапан  устанавливается в патрон манипулятора и наклоняется таким образом, чтобы угол между осью клапана  и горизонтальной осью составлял 30°.

       Расстояние  между  нагревателями  печи  и  тарелкой  клапана  выставляется в пределах 10 – 15 мм. В процессе нагрева клапан вращается со скоростью              0,5 – 0,6 м/мин, что обеспечивает равномерный прогрев тарелки клапана до        600 – 650°С. Время нагрева клапана составляет 25 – 30 мин.

При достижении требуемой температуры  предварительного подогрева подводится плазмотрон к клапану таким образом, чтобы расстояние от среза сопла до наплавляемой поверхности было в пределах 12 – 15 мм. Затем скорость вращения клапана снижается до 0,12 – 0,16 м/мин и зажигается дуга.

Наплавка  уплотнительного пояска выполняется  путем наложения замкнутых по кольцу валиков с шаговым перемещением плазмотрона, обеспечивающим

перекрытие  валиков в пределах 0,3 – 0,5 их ширины. Порядок наплавки валиков указан на рисунке 6.

Наплавка  ведется до тех пор, пока высота валика не будет превышать уровень поверхности тарелки клапана на 2 – 3 мм. Такая толщина наплавленного валика гарантированно обеспечивает необходимый припуск на обработку с учетом неравномерности толщины по длине окружности.                                                                                                                       

Режимы  при наплавке уплотнительного пояска тарелки выпускного клапана:

Таблица 2

сварочный ток	напряжение дуги	скорость  наплавки	расход  порошка	расход  газа, л/мин
120 - 130А	26-30 В	12-16  м/мин	2,5 кг/ч	плазмообразующего  1,8-2,0	транспортирующего  1,0-1,2	защитного  10-12

 

Основными причинами образования остаточных напряжений при наплавке являются: температурные напряжения при нагреве до расплавления и последующем остывании материала, неоднородные структурные превращения в наплавленном металле и зоне термического влияния, изменение растворимости газов, окружающих наплавляемый металл. Особенностью образования остаточных напряжений при наплавке является наложение напряжений, обусловленное наплавкой предыдущих валиков.

 

 

После окончания наплавки, чтобы уменьшить  остаточные напряжения, клапан для замедленного охлаждения помещают в ящик, засыпанный асбестовой крошкой или сухим кварцевым песком. Высота засыпки должна быть не менее 300 мм. Такой же толщины изоляция должна быть и под клапаном. Время охлаждения клапана до температуры 50 °С составляет около 20 – 24 ч.

 

6.1 Механическая обработка клапана

 

Завершающий этап восстановления клапана – механическая обработка  наплавленного уплотнительного пояска.

Механическую  обработку наплавленного клапана  выполняют на токарном станке 16К20. В качестве режущего инструмента используют резцы марок ВК4,         ВК8 ГОСТ 9391 – 80, или резцами оснащенными синтетическими вставками (гексанит – Р, эльбор – Р, киборит).

После черновой механической обработки проводят контроль качества внешним осмотром с целью обнаружения дефектов наплавки (пор, трещин, подрезов, крупных включений легирующих элементов и т.д.). При обнаружении дефектов их удаляют, механическим способом до здорового металла производят повторную наплавку и окончательный инструментальный контроль.

При отсутствии дефектов производят окончательную  обработку уплотнительного пояска на шлифовальном станке ЗА153.

Отделочную  обработку выполняют  абразивным инструментом (эльбор – Р), представляющим собой шлифовальный круг. Обработка эльбор – Р обеспечивает шероховатость поверхности Ra 2,5 мкм.

Плотность прилегания тарелки клапана к  седлу восстанавливают притиркой  при помощи притирочных материалов (алмазных паст). Абразивный материал для  равномерного распределения по притираемым поверхностям и смягчения его действия предварительно разводят в минеральном масле или керосине.

Возможна  как ручная, так и машинная притирка,  которая продолжается до тех пор, пока на поверхности тарелки клапана не обозначатся ровные матовые  круговые  пояски 2 – 5 мм (в зависимости от размера клапана). На судоремонтных предприятиях притирку выполняют на притирочных станках, схема которого изображена на рисунке 4. Клапан 1 устанавливают на поворотный стол 2 так, чтобы хвостовая часть штока шарнирно соединялась с захватом  5  с толкателем гидроцилиндра редуктора 3. Подъем клапана, регулируется рукояткой 4, осуществляется толкателем гидроцилиндра, а опускание его происходит под действием собственной массы. При посадке в седло 6 клапан поворачивают редуктором  в  обе  стороны  на  50 – 60°. Качество  притирки  контролируют

1 – клапан; 2 –  поворотный стол; 3 – редуктор;

4 –  рукоятка для регулировки; 5 –  захват; 6 – седло.

Рисунок 4 –  Схема притирки клапана:

либо  керосином, который, будучи с одной  стороны клапана, не должен проникать в другую, или с помощью графитных рисок, нанесенных карандашом на рабочий поясок тарелки. После посадки клапана в седло, его поворота на 40 – 50° и исчезновения графитных рисок притирку считают высококачественной.

 

 

 

 

 

 

 

7 Сборка привода выпускного клапана

 

Перед началом сборки привода выпускного клапана необходимо:

1. Промыть детали в дизельном топливе и обдуть сжатым воздухом;
2. Детали из фонда С З Ч (семенно-запасные части) расконсервировать и промыть в дизельном топливе;

Привод выпускного клапана состоит из следующих подузлов:

1) Корпус привода нижняя часть, которая состоит из следующих деталей: корпус нижний, 10 шпилек, 2 прокладок (картон АI), 6 гаек М20 – 020, 2 гаек    М16 – 020, 2 гаек М12 – 020;

2) Корпус привода верхняя часть, которая состоит из следующих деталей: корпус верхний, крышка люка, 2 штуцеров, 16 шпилек, 2 прокладок (М3),               4 гаек М20 – 020, 12 гаек М12 – 020, 22 болтов М12 28 – 020, кольцо мас-лосъёмное (чугун С6 ДТУ9 – 62), крышки, фланца (стекловолокнит АГ – 4С);