8 Лазерне зварювання і наплавлення
В основу лазерного зварювання і наплавлення покладено використання енергії світлового потоку високого ступеня спрямованості. Це вид зварювання плавленням, за якого нагрівання матеріалу здійснюється когерентним світловим променем, який створюється, оптичним квантовим генератором лазером. Основною частиною такої установки є генератор, що перетворює енергію, запасену в блоці конденсаторів, в енергію когерентного світлового променя. Лазер дає змогу сконцентрувати на поверхні деталі енергію за густини потужності від гранично малих величин до 10 Вт/см . Енергія може передаватися матеріалу безконтактне на значні відстані від генератора і строго дозовано.При відновленні деталей лазерний промінь використовують для приварювання додаткової ремонтної деталі або для наплавлення поверхонь розплавленням основного і присадного матеріалу. Присадний матеріал може бути у вигляді порошку, дроту або фольги. Найчастіше для наплавлення використовують порошкоподібний сплав, який попередньо наносять на відновлювану поверхню у вигляді обмазки на основі клейових сумішей.
Це дає змогу забезпечити рівномірність прогрівання по наплавлюваній поверхні з мінімальними втратами порошку і. крім того, підвищує до 60-70% ступінь поглинання лазерного випромінювання .
9. Відновлення деталей паянням
Загальні відомості
Паяння - процес нероз'ємного з'єднання двох металевих поверхонь за допомогою проміжного розплавленого металу (припою).
Одна з умов забезпечення міцного зчеплення припою з металевою основою, тому що при низькому поверхневому натягу припою останній добре розтікається по металу деталі, заповнює всі його нерівності (механічне зчеплення).
Р
ис.
6.13. Умова рівноваги краплі розплавленого
припою на металевій поверхні
Однак при паянні необхідно забезпечити надійне фізико-хімічне зчеплення, що відбувається при взаємній дифузії припою і основного металу і супроводжується утворенням інтерметалідних твердих розчинів.
Це забезпечується підбором припоїв з необхідними фізико-хімічними характеристиками, режимів паяння і підготовкою поверхні деталі до паяння.
Класифікація і характеристика припоїв
Припої повинні мати комплекс гарних фізико-механічних, фізико-хімічних і експлуатаційних властивостей: мати високу рідинотекучість, змочуваність, невисоку температуру плавлення, досить високу міцність, пластичність і ін. Розрізняють м'які (легкоплавкі) і тверді (тугоплавкі) припої.
До м'яких припоїв (температура плавлення до 500 °С) відносяться олов'яно-свинцеві сплави. Вони мають низьку механічну міцність, але широко застосовуються внаслідок низької температури плавлення. У ремонтній практиці для паяння бензобаків, радіаторів, трубопроводів застосовують наступні м'які припої: ПОС-18, ПОС-30, ПОС-50, ПОС-64. У марці буква П означає припій, О і С - відповідно, що його основою є олово і свинець; чисельне значення вказує на середній вміст олова (18, 30, 50, 64 %).
До твердих припоїв (температура плавлення більше 500 °С) відносяться мідь, латунь, срібло.
Чиста мідь (температура плавлення 1083 °С) має добру рідинотекучість і високу міцність зчеплення. Однак при високій температурі схильна до окислювання. Тому чисту мідь застосовують для паяння рідко, переважно в захисних газах.
Срібні припої ПСр-10, ПСр-12, ПСр-25 і т.д. (10, 12, 25 %-. срібла) застосовують для відповідальних з'єднань, коли потрібна висока корозійна стійкість (контакти електричних приладів і ін.). У ремонтному виробництві широко використовуються мідноцинкові (латунні) припої: ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54 і ін. У позначеннях цих припоїв цифри вказують вміст міді у відсотках, інше - цинк із незначними присадками свинцю і заліза. Температура плавлення мідно-цинкових припоїв нижча, ніж мідних, і становить у середньому 840...860 °С.
Для паяння алюмінієвих деталей використовують припої із силумінів, для швидкорізальної сталі і твердих сплавів - ГПФ, ГФК та ін.
Характеристика флюсів
Флюси призначені для розчинення і видалення окисних плівок, захисту поверхні металу від окислювання, зменшення поверхневого натягу, поліпшення змочуваності і адгезії припою.
Застосовують рідкі і тверді флюси. Рідкі флюси, що застосовуються при паянні м'якими припоями, являють собою 20-50 % розчини хлориду цинку або хлориду амонію.
Іноді для усунення корозії (особливо при паянні міді) застосовують кислотні флюси (каніфоль й ін.); їх наносять не на паяльник, а на місце паяння після розігріву деталі.
Тверді флюси (бура, суміш бури з борною кислотою, борним ангідридом) застосовують для паяння тугоплавкими припоями. Нержавіючі сталі паяють із активізованим флюсом, що одержують додаванням до бури 30-70 % тетрафторбората калію або 40 % фториду калію. При паянні алюмінію використовують флюс, до складу якого входять хлорид літію, фторид калію і інші компоненти.
Технологічний процес паяння включає наступні операції:
Очищення деталі від окислів, іржі, бруду.
Знежирення сильно забруднених деталей промиванням у бензині, 10 %-му розчині каустичної соди.
Поверхню протравлюють в 15...20%-му розчині сірчаної кислоти, при необхідності забезпечити високу зчеплюваність. Після травлення залишки кислоти нейтралізують 10%-м розчином каустичної соди і промивають у гарячій і проточній холодній воді.
Деталі підганяють до необхідних розмірів, витримуючи при монтажі певний зазор. При паянні м'якими припоями він повинен бути в межах 0,005...0,2 мм, а твердими - 0,03...0,05. Від величини зазору залежить взаємна дифузія припою і основного металу деталі і міцність з'єднання.
Зачищення місць паяння наждачною шкуркою або механічним шляхом до блиску.
Нанесення на місце паяння флюсу.
Процес паяння. При паянні м'якими припоями використовують звичайні або електричні паяльники, які розігрівають до температури 400...450 °С, очищають його кінець зануренням у флюс, набирають припій і наносять тонким шаром на спаюванні поверхні. Шов повинен бути по можливості тонким і рівномірним.
При паянні твердими припоями флюс у вигляді порошку або пасти наносять на місце пайки, а деталь нагрівають паяльною лампою, газовим пальником, електроконтактним методом або струмами високої частоти. При паянні сталевих деталей температура нагрівання не повинна перевищувати температуру їх термічної обробки.
Сірий чавун погано піддається паянню, тому що графіт перешкоджає з'єднанню припою і деталі. Тому перед паянням на поверхню чавунної деталі наносять підшар міді, латуні або «випалюють» графіт полум'ям ацетилено-кисневого пальника, покривши поверхню пастою з опилок заліза і борної кислоти.
Оксидну плівку при паянні алюмінію знімають за допомогою шкребків або розчиняють флюсами АФ-4А. Ефективно застосовувати для цієї мети спеціальний ультразвуковий паяльник типу УП-21, за допомогою якого руйнується тверда оксидна плівка. Після паяння деталь повільно охолоджують, очищають від надлишку припою і промивають.
Паянням усувають дефекти в радіаторах, масляних і паливних баках, трубопроводах, припаюють контакти електропроводів приладів, твердосплавні пластини різальних інструментів і т.д.
Контрольні питання
Способи зварювання і наплавлення.
Зварювання під шаром флюсу і зварювання в захисних газах.
Вібродугове наплавлення
Зварювання чавунних деталей.
Електроконтактне приварювання металічного шару.
Індукційне наплавлення.
Лазерне зварювання і наплавлення.
Способи відновлення деталей паянням.
Тема 3.4 Відновлення деталей напиленням (металізацією).
1. Суть металізації
2. Відновлення деталей металізацією
3. Способи нанесення металів
1. Суть металізації
Відновлення деталей металізацією (напилюванням).
В умовах інтенсифікації виробничих процесів підвищення надійності деталей машин і механізмів - одне з важливих завдань. Найраціональніше використовувати матеріали, як ті, що давно існують, так і ті, що заново створені, підвищувати надійність деталей і отримувати при цьому значний економічний ефект можливо завдяки нанесенню покриттів. Існуючі способи нанесення покриттів удосконалюються шляхом створення нового обладнання, яке забезпечує підвищення продуктивності процесу та поліпшення властивостей покриттів. Нові способи нанесення покриттів створюються на основі використання нових фізико-хімічних або поєднання кількох існуючих процесів.
Надійність деталі з покриттям забезпечується роботоздатністю (стійкістю) покриття і механічною міцністю деталі як композитної конструкції.
Роботоздатність покриття визначається головним чином хімічним складом і структурою матеріалу шару, що наноситься. Високу стійкість проти спрацювання в умовах рідинного тертя мають багатофазові сплави, пористі і композиційні матеріали; в умовах абразивного тертя - тверді спечені сплави. До корозійно стійких відносять метали з малою спорідненістю з киснем (Au,Pt), деякі сплави (ніхром, оксиди, силіциди та інш.) композиції Ni-Al2O3, Co-MaSi2; хороші електроконтактні властивості мають композиції W-Cи, W-Ag та інші.
Більшість зазначених матеріалів отримують методами порошкової металургії. Технологія порошкової металургії містить нанесення сирого порошкового шару і наступну термообробку.
Недолік багатьох способів наплавлення, термічного напилення і деяких інших способів з використанням високотемпературного нагрівання – слабкий захист вихідного матеріалу від навколишнього середовища, що призводить до насичення наплавленого металу газами (02,N2).
Останнє зменшує пластичність і деякі міцністні властивості матеріалу, що наноситься. У зв'язку з цим вдосконалення існуючих способів нанесення покриттів, а також розробка нових способів мають здійснюватися шляхом створення такої технології, за якої основні фізико-хімічні процеси нанесення проходили б в захисній атмосфері.
Суть нанесення покриттів полягає в формуванні на поверхні основи шару із вихідного матеріалу і створенні зчеплення між ними. Таке явище досягається не тільки сплавленням, осаджуванням, а і схоплюванням за сумісного пластичного деформування вихідних матеріалів. Якщо до спеціально підготовленого порошкового матеріалу, нанесеного на поверхню, прикласти тиск, який перевищує межу міцності, то в результаті пластичної деформації відбувається припресування цього до основи. Припресування - високопродуктивний процес, який посідає важливе місце серед нових способів нанесення покриттів.
Технологія нанесення покриттів розв'язує дві задачі: формування на поверхні деталі шару із вихідного матеріалу із заданими властивостями і створення зв'язку (зчеплення) між сформованим шаром і основою. Розв'язання обох задач одним технологічним процесом - термічною або термомеханічною обробкою - для деяких пар матеріалів неможливе. Це пояснюється тим, що необхідні для створення заданих властивостей покриттів режими нагрівання недопустимі для матеріалу основи. Наприклад, температура спікання вольфраму становить 30000C , а температура плавлення сталі 15000C .
Внаслідок цього спікання вольфраму повинно проводитися окремо від матеріалу основи, а металопокриття зводитися до створення лише зв'язку попередньо виготовленої оболонки з основою. Необхідну міцність зчеплення шару (оболонки) з основою можна досягти за рахунок спікання, дифузійного зварювання або паяння за температур нагрівання нижчих, ніж при спіканні, сплавлюванні та інших процесах.
Металізація - термін, що визначає спосіб нанесення покриттів. Частина слова - „метал" визначає основний матеріал покриття і металевий тип зв'язку при створенні шару і припіканні його до основи. Частина слова – «ізація» відображує технологію отримання покриттів за рахунок нанесення порошкового шару або оболонок і наступної термообробки. При металізації проходять специфічні фізико-хімічні процеси формування шару і припікання його до основи - схоплювання, склеювання, спікання в твердій фазі, гаряче пресування та ін.
Під „сирим" мають на увазі шар із порошків, гранул, волокон, пластин, оболонок, армованих систем або композицій, нанесений напресуванням, пульверизацією або іншим способом, з властивостями, достатніми лише для транспортування та інших маніпуляцій, пов'язаних з наступною термообробкою. Покриття при металізації створюється в процесі термообробки за рахунок спікання сирого шару і припікання його до поверхні виробу.