Тема: «Ремонт деталей двигателя сваркой »

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Выксунский металлургический колледж имени Александра

Александровича Козерадского»

Доклад

МДК. 04. 01 Выполнение работ по профессии 18511 Слесарь по ремонту автомобилей

Тема: «Ремонт деталей двигателя сваркой »

Выполнила: студент гр. 38

Шутов К. О.

Проверила: преподаватель

Елин В. В.

г. Выкса

2020 г.

Общие сведения

Восстановление износа деталей двигателей с помощью сварки и наплавки может представлять интерес для технических директоров автопарков и владельцев личных автомобилей, обладателей лодок с навесным бензиновым мотором и технического персонала, занимающегося ремонтом и обслуживанием дизель или бензиновых генераторов, и т. д. Попробуем осветить некоторые аспекты ремонта с помощью различных видов сварки и наплавки.

Когда у двигателя внутреннего сгорания появляется детонационный стук, большинство владельцев немедленно выключают двигатель или сразу же оправляют его в сервисный центр, чтобы его мог проверить квалифицированный механик. Стук часто является признаком проблем с подшипниками, и, если эти проблемы игнорируются, велика вероятность того, что шейки коленчатого вала будут, в итоге, серьезно повреждены. В некоторых случаях, когда шейки настолько сильно повреждены, что их невозможно отремонтировать шлифованием, необходимо выполнить наплавку шеек коленчатого вала.

Наплавка металла на коленчатый вал - это процесс, с помощью которого новый материал наплавляется на шейку коленчатого вала или упорную поверхность. Наплавка этого нового материала необходима в силу того, что для коленчатого вала, шейки которого были отшлифованы под их первоначальный размер, доступно только строго определённое количество подшипников. Стандартные подшипники увеличенного ремонтного размера предлагаются в метрических размерах 0, 25 мм, 0, 50 мм и 0, 75 мм. Для двигателей более старых транспортных средств из Северной Америки, Австралии и некоторых других стран, для которых могут по-прежнему использовать размеры в дюймах, могут быть доступны подшипники с размерами 0, 010, 0, 020 и 0, 030 дюйма. Один миллиметр равен 0, 0393700787 дюйма, и знание простых математических правил поможет легко перевести дюймы в миллиметры. Так или иначе, даже при 0, 75 мм с шейки можно снять 0, 02952 дюйма материала, прежде чем наличие подшипников нужного размера станет проблемой.

Как и в любых других случаях, когда необходимо осуществить наплавку, коленчатый вал должен быть надлежащим образом очищен от загрязнений, для того чтобы обеспечить максимальное сцепление и заполнение трещин и полостей наплавляемым материалом. После этого, если необходимо, для определения поверхностных трещин проводят магнитную дефектоскопию.

В процессе эксплуатации двигателя подшипниковый материал часто переносится и «внедряется» в ремонтируемую шейку, поэтому этот внедрившийся материал вкладышей необходимо полностью удалить с шейки коленчатого вала путем предварительной шлифовки шейки на шлифовальном станке. Необходимо также отметить, что шейки коленчатых валов двигателей с высокими эксплуатационными характеристиками могут иметь закаленную поверхностность, и эти поверхности также следует шлифовать, чтобы исключить потенциальные проблемы. При надлежащей подготовке шеек или упорных поверхностей перед наплавкой, наплавленные участки становятся более прочными и не имеют дефектов.

В силу того, что коленчатые валы имеют масляные каналы, с помощью которых во время работы двигателя масло подаётся к подшипникам, эти отверстия должны быть надлежащим образом защищены перед наплавкой материала. В противном случае, они окажутся заваренными. Для этого некоторые операторы сварочных машин используют углеродные или керамические заглушки, которые вставляют в отверстия масляных каналов. Другие операторы предпочитают на короткое время останавливать процесс наплавки в тот момент, когда наплавляемый материал подходит к отверстию, в то время как коленчатый вал продолжает медленно вращаться в патроне сварочной машины. Независимо от используемого метода оператор должен добиться того, чтобы масляные отверстия оставались свободными от препятствий.

Для наплавки на шейки коленчатого вала используют специальные автоматические сварочные машины для дуговой сварки под флюсом. Так же, как и шлифовальный станок, сварочная машина для наплавки на коленчатый вал имеет один или два патрона и позволяет производить наплавку на коренные и шатунные шейки коленчатого вала за один проход без необходимости перенастраивать сварочный аппарат. Во время наплавки флюс выполняет функцию защиты проволоки, которая входит в контакт с шейкой. Флюс не пропускает кислород и азот воздуха, а также другие нежелательные химические элементы к месту наплавки с тем, чтобы они не могли отрицательно повлиять на качество выполняемого сварного шва. Специалисты по наплавке на коленчатые валы и непрофессионалы часто называют этот процесс «защитой дуговой сварки».

Поскольку коленчатые валы изготавливают из различных материалов, включая чугун и кованую сталь марки 4340, необходимо использовать соответствующий сварочный флюс и проволоку. Хотя в продаже всегда можно найти универсальную сварочную проволоку в катушках, позволяющую получать сварные швы приемлемого качества, используя проволоку, изготовленную специально для конкретного материала коленчатых валов и которая не имеет трещин и точечной коррозии, можно добиться получения наплавки более высокого качества. Замена сварочной проволоки на сварочном аппарате для выполнения наплавки на шейки коленчатого вала относительно проста, поскольку она поставляется в катушках. Флюс, с другой стороны, необходимо удалять из машины, что делает процесс перенастройки сварочного аппарата более сложным. После того как выбран требуемый флюс и сварочная проволока и очищенный от загрязнений коленчатый вал правильно размещен в сварочной машине, можно приступать к выполнению наплавки на шейки коленчатого вала. Ведущий мировой производитель сварочного оборудования американская компания «Глисон» предлагает проволоку и флюс, которые имеют различные характеристики и свойства и, соответственно, подходят для различных типов ремонта. Некоторые специалисты по сварке используют специальную более мягкую, более гибкую проволоку для радиальных участков и более твердую проволоку для шеек коленчатого вала. Это правило распространяется и на флюсы: более мягкие сорта флюса лучше подходят для наплавки материала на радиальные участки, а более твердые – для наплавки шеек. Отдельные специалисты полагают, что дуговая сварка под флюсом по сравнению со сваркой открытой дугой имеет преимущества, поскольку коленчатый вал меньше деформируется при сварке под флюсом. Перед наплавкой вал проходит предварительную подготовку и, после завершения операции, охлаждается со строгим соблюдением температурного режима. Как это происходит?

Сварка приводит к мгновенному сильному нагреву шейки, что может негативно отразиться на качестве наплавки. Предварительный нагрев шейки или упорной поверхности - это обычный метод, к которому прибегают для подготовки коленчатого вала к сварке. Сварочный аппарат включают, и удерживаемый в патронах аппарата коленчатый вал начинает медленно вращаться, в то время как выставленная по требуемым параметрам горелка равномерно прогревает шейку или упорную поверхность. После прогрева шейки или упорной поверхности горелку выключают и отводят в сторону с тем, чтобы оператор мог начать процесс наплавки.

После того, как коленчатый вал был предварительно прогрет, он продолжает вращаться. Оператор сварочного аппарата тем временем надевает средства индивидуальной защиты и направляет проволоку и флюс в то место, где необходимо произвести наплавку. Для того чтобы приступить к сварке, оператор сначала включает подачу флюса, который, как правило, поступает к месту сварки под действием силы тяжести, и только после этого включается электрическая дуга. Коленчатый вал продолжает медленно вращаться, в то время как машина с постоянной скоростью подает проволоку, что обеспечивает получение ровного и однородного по своему составу сварного шва. После того как коленчатый вал совершил полный оборот, оператор машины с помощью специального молотка удаляет шлак вокруг сварного шва. После скалывания шлак попадает на шлаковый поддон сварочного аппарата. Этот поддон также служит в качестве составляющей части системы вторичного использования флюса. Затем производят ручную или автоматическую настройку машины, для того чтобы осуществить наплавку на остальной части шейки.

Как и в любых других случаях сварки стали, сильный нагрев часто приводит к некоторому изгибу. При осуществлении наплавки на коленчатый вал нередки случаи, когда он изгибается на 0, 020 дюйма (0, 508 мм) или даже больше. Поэтому после сварки коленчатый вал необходимо выпрямить. Делают это после того, как пройдет некоторое время и коленчатый вал остынет. Если вал еще горячий, выпрямить его гораздо легче, чем после того, как он остыл и стал холодным на ощупь.

Сварочный шов на упорной поверхности выполняется таким же образом, как и наплавка шейки, за исключением того, что такой шов наплавляется не горизонтально, а вертикально. В большинстве случаев наплавку выполняют на задней упорной поверхности, так как чаще всего повреждается именно она.

В большинстве случаев получившийся шов тверже, чем та поверхность, на которую он наносился. После того как коленчатый вал остынет, наплавленный шов необходимо отшлифовать на шлифовальном станке в пределах до 0, 020 дюйма (0, 508 мм) от его чистового размера. Поскольку шлифовка позволит снять часть структурных напряжений стали, особенно при удалении сварного шва в радиусах, необходимо проверить прямолинейность коленчатого вала еще раз. Пока коленчатый вал проходит повторную проверку на прямолинейность с помощью, скорее всего, комплекта V-образных блоков, целесообразно проверить масляные каналы. При обнаружении каких-либо препятствий в масляных каналах, необходимо их удалить. Сделать это можно с помощью инструментальной шлифовальной машины, которая позволит удалить любые заусенцы, препятствующие поступлению масла к подшипникам. После того, как все работы по выпрямлению коленчатого вала закончены, а наплавка на шейку или упорную поверхность успешно завершена, можно переходить к чистовой шлифовке коленчатого вала.

Коленчатые валы, в силу своей конструкции, неизбежно подвергаются напряжениям и вибрации, что, в свою очередь, нередко приводит усталости металла и появлению трещин. Некоторые коленчатые валы более подвержены появлению трещин, чем другие. Места, где, как правило, начинаются трещины – это участки вокруг масляных отверстий и радиальные зоны. Некоторые мелкие трещины могут быть удалены с помощью шлифования шеек до ремонтного размера. Валы, подверженные растрескиванию, необходимо тщательно проверять на наличие трещин до и после шлифования. Одной из причин появления трещин на коленчатом вале может быть неисправность гармонического демпфера крутильных колебаний, что приводит к увеличению числа оборотов двигателя до показателей, превышающих технических нормы производителя. Другой причиной может быть плохо отбалансированный коленчатый вал или неисправности отдельных компонентов кривошипно-шатунного механизма. Как правило, коленчатый вал любого дизельного двигателя должен проверяться на трещины перед началом капитального ремонта. Трещины в радиальных зонах коленчатых валов появляются в результате неправильной шлифовки. Если величина корректного радиуса не будет соблюдена (будет уменьшена) или после шлифовки на шейке появится край в виде ступеньки, вероятность того, что на таком коленчатом вале начнут образовываться трещины, и он станет непригодным для использования, гораздо выше, чем для коленчатого вала, который был отшлифован с соблюдением всех правил. Необходимо тщательно следить и добиваться того, чтобы в радиальных зонах не оставалось царапин или шероховатостей.

Если шейка коленчатого вала сильно изношена или, как говорят, «выгорела», металл шейки, вероятнее всего, потерял всю свою прочность. Шейку можно отшлифовать до ремонтного размера, но мягкость металла обрекает коленчатый вал на то, что после шлифовки он проработает несколько часов, не более. Каковы в этом случае рекомендации производителя коленчатого вала? Выбросить его. В прошлом, вероятно, это было бы единственно правильным решением. Но сегодня коленчатый вал можно спасти. И цена восстановленного коленчатого вала будет меньше цены нового, а качество выше. Такого результата можно с помощью сварочной машины американской компании «Глисон», которая производит лучшее сварочное оборудование для ремонта коленчатых валов методом дуговой сварки под флюсом.

Чем тверже материал шейки коленчатого вала, тем меньше его гибкость. Инженеры-конструкторы учитывают этот фактор для выбора соответствующей стали с тем, чтобы коленчатый вал был прочным и стойким к износу, не теряя при этом гибкости, и мог противостоять разрушению при скручивании. Прибегнув к помощи экзотических сплавов, разработчики могли бы создать вал с максимальными показателями твердости и гибкости, но стоимость вала из таких сплавов будет непомерно высокой. Поэтому в данной ситуации требуется компромиссное решение. Уникальные сварочные материалы и технологические процессы, разработанные компанией «Глисон», вот уже более четырех десятилетий позволяют добиваться того, что после наплавки шейки коленчатого вала имеют улучшенные показатели твердости (по шкале твёрдости по Роквеллу) и, вместе с тем, улучшенные показатели гибкости. Технологии компании «Глисон» действительно уникальны. Многие компании пытались копировать их, но так и не смогли добиться успеха.

Как отмечалось выше, предложение услуг по ремонту коленчатых валов, распредвалов и других деталей двигателей на российском рынке пока отстает от спроса.

Помимо многочисленных запросов на ручную и механизированную сварку и наплавку для ремонта двигателей внутреннего сгорания и их деталей в российском интернете можно часто встретить запросы на восстановление шеек коленчатого вала, сопрягаемых поверхностей головки блока цилиндров, подшипников, ступиц и других деталей автомобильных и судовых двигателей методом напыления. Преимущества термического напыления для ремонта и восстановления деталей двигателя многочисленны и разнообразны. Однако одним из важнейших преимуществ этого метода является его невысокая стоимость. Учитывая то, что цены на некоторые запасные части двигателя, в частности, на новые коленчатые валы могут доходить до сотни тысяч рублей, ремонт изношенных валов напылением обеспечивает значительную экономию средств. Кроме того, напыленные покрытия могут иметь свойства, превосходящие свойства основного материала, и поэтому могут быть использованы для обеспечения локального повышения защиты деталей от износа.

Вдобавок, ремонт деталей, агрегатов и узлов транспортных средств с помощью напыления могут существенно сократить время на ремонт и возвращение автомобиля или техники «в строй», а при полном отсутствии необходимых запасных частей или деталей на рынке стать единственно возможным способом реанимировать изношенные детали.

Приведем конкретный пример. Карьерные самосвалы " Катерпиллер" (Caterpillar), используемые на шахте Саутлэнд в Новой Зеландии, имеют грузоподъемность около 100 тонн. Срок службы заднего моста самосвала составляет около 13 000 часов, что эквивалентно примерно двум с половиной годам работы. Стоимость замены мостов очень высока, вдобавок их трудно достать, поэтому перед руководством горнодобывающей компании встал вопрос: можно ли увеличить срок службы задних мостов? Специалист по термическому напылению из компании «Данедин Арк» провел работы по ремонту заднего моста методом напыления. Особенности и характер процесса исключали любой риск ухудшения качеств основного материала моста в результате напыления. После подготовки поверхности было произведено электродуговое напыление связующего покрытия из сплава никеля, алюминия и молибдена, что позволило добиться прочности на разрыв более 7 000 фунтов на квадратный дюйм. После этого связующего слоя было нанесено покрытие, формула которого была составлена в соответствии с техническими условиями заказчика. Наконец, была сделана чистовая обработка заднего моста с малыми отклонениями по допуску. Ремонт первого заднего моста был выполнен более 20 лет тому назад, и с тех пор с помощью напыления были отремонтированы задние мосты многих других самосвалов. В результате горнодобывающая компания смогла сэкономить десятки тысяч долларов на замене изношенных агрегатов и деталей и существенно сократить время простоя транспортных средств и техники.

В заключение, несколько слов и о сварке и наплавке на чугунные коленчатые валы. Учитывая хрупкость большинства чугунов, поломка чугунных валов не редкость. Тем не менее опыт компаний, занимающихся ремонтом изделий из чугуна, свидетельствует о том, что, несмотря на трудности, чугун можно варить.