Красавчиков Владимир Александрович, к.т.н.,
Смирнов Сергей Николаевич,
Яхонтов Юрий Генрихович.
Санкт-Петербург.
Срок службы отдельных деталей машин и механизмов зачастую определяет долговечность и надёжность работы сложнейших агрегатов. В случае их поломки или выхода из строя могут возникнуть серьёзные аварии и катастрофы. Возникает необходимость, на некоторое время (иногда очень значительное), остановить работу оборудования и заниматься устранением возникших неполадок. Иногда, при проведении непрерывных процессов, приходится держать наготове запасной агрегат.
Замена вышедших из строя деталей на новые приводит к серьезным производственным и финансовым потерям. Именно по этим причинам необходимо заниматься повышением надёжности и долговечности деталей машин.
Основной причиной выхода из строя изделий является износ. Не будем углубляться в классификацию видов износа, которую легко найти в публикациях. Отметим только, что под износом понимают изменение геометрических размеров или формы детали в процессе эксплуатации под воздействием механических или тепловых нагрузок, коррозионных сред, радиационного излучения и других факторов.
При проектировании изделия конструктор ОБЯЗАН предусмотреть различные варианты защиты рабочих поверхностей деталей от износа. Наиболее часто для этих целей используют термическую обработку, химические и термохимические покрытия, высоколегированные материалы и некоторые другие методы.
К сожалению, такие методы, как наплавка, газотермическое или вакуумное напыление, плакирование и ряд других не находят достойного применения при изготовлении новых деталей. Это, скорее всего, происходит из-за недостаточной информированности конструкторов. В то же время, такие технологии имеют широкое применение в ремонте изношенных или, даже, изготовлении новых деталей специального назначения.
Особое место среди способов восстановления и повышения ресурса работы деталей занимает наплавка.
Объясняется это, в большинстве случаев, простотой и хорошей изученностью процесса, широким спектром способов наплавки и применяемых материалов, высокой производительностью и экономической эффективностью.
Наплавка — есть нанесение слоя металла на поверхность изделия методами сварки плавлением. Классификация способов наплавки соответствует классификации способов сварки (ГОСТ19521-74).
Одним из основных требований к процессу наплавки является обеспечение незначительного перемешивания основного металла с наплавленным. Это позволяет достичь требуемого химического состава и свойств рабочего слоя при минимальном количестве наплавленных слоёв. К способам, отвечающим этим требованиям, относятся наплавка ленточным электродом, плазменная наплавка, индукционная, лазерная и некоторые другие. Для этих способов характерно наличие высокой плотности тепла при малом времени воздействия на обрабатываемую поверхность.
Следует отметить, что высокую концентрацию тепловой энергии нельзя однозначно считать преимуществом способа наплавки. Высокая плотность энергии и малое время воздействия на поверхность вызывает дополнительные сложности, связанные с незавершённостью металлургических процессов в сварочной ванне, ухудшению условий выделения газов и формирования наплавленных поверхностей и др.
Уменьшение времени теплового воздействия при наплавке можно достичь различными способами.
Наиболее приемлемым способом, особенно при наплавке больших поверхностей, является применение сканирования луча. Это позволяет избежать множества проблем. К сожалению, до настоящего времени не разработаны эффективные устройства, обеспечивающие сканирование луча в соответствии с необходимыми параметрами.
Особое внимание необходимо обратить на подход к выбору способа наплавки. Зачастую, способ наплавки не выбирают. Каждый производитель использует технологию, которой он владеет, не затрудняя себя оценкой экономической целесообразности данного способа по сравнению с другими. Опытным путём определяется возможность технического решение с применением используемого метода. Такое положение вызывает сожаление и не может содействовать наиболее эффективному решению повышения срока службы деталей. Ведь, технические показатели могут быть достигнуты различными технологиями наплавки.
Выбор способа наплавки должен осуществляться в определённой последовательности. В первую очередь устанавливают причину выхода детали из строя (вид износа). В зависимости от вида износа выбирают материал для наплавки на рабочую поверхность. И, в последнюю очередь — способ наплавки. Следует иметь в виду, что один и тот же материал можно наносить различными способами.
А, разные материалы могут наноситься одним и тем же способом.
Необходимо оценить технико-экономические показатели комбинаций «материал-способ наплавки» и выбрать наиболее приемлемый вариант.
В литературе достаточно сведений о трудозатратах, энергоёмкости и капиталоёмкости различных способов наплавки или сварки.
Чем сложнее оборудование и технологический процесс, тем выше затраты на наплавку или сварку.
В последнее время активно развивается лазерная техника. Появились мощные и надёжные волоконные лазеры.
Имеются «чемоданы» данных об использовании лазерного луча для целей наплавки различных материалов. Конечно, проведение таких работ способствует углублению изучения процесса, но этого недостаточно для обоснования широкого применения лазерных технологий. Конечно, лазером можно и «сосули» с крыши дома сбивать. А, зачем? Кому, это надо? По крайней мере, на современном этапе.
Несомненно, у лазерных технологий огромное будущее. Но, сегодня их применение целесообразно в тех случаях, когда требуемый технический эффект не может быть достигнут другими (более дешевыми) способами.
Выводы:
1.Применение наплавки с целью восстановления или повышения срока службы рабочих поверхностей деталей является эффективным способом, позволяющим получить значительный экономический эффект.
2. При выборе способа наплавки следует ориентироваться не только на технический, но и на экономический результат.
3. Вне всякого сомнения, лазерные технологии имеют ряд существенных преимуществ (и некоторые недостатки) перед другими методами наплавки. К сожалению, на сегодня, применение лазерной наплавки в России сдерживается экономическими причинами.
