Министерството на образованието, младежта и науката

„Механизация и електрификация на растениевъдството”

„ДОКТОР”

1.1. Методи за възстановяване на детайлите 7

1.2. Особености при възстановяване на износени детайли от земеделската и автотракторната техника 10

1.2.1. Автоматично наваряване под слой от флюс 10

1.2.2. Автоматично наваряване в защитна газова среда 13

1.2.3. Вибродъгово наваряване 14

1.3 Използвани материали при наваряване под слой от флюс, в защитна газова среда и вибродъгово наваряване 16

1.4 Влияние на кинематичните и електрични параметри върху сформирането на шева 22

1.5 Критерии за избора на рационален метод за възстановяване. Видове. Предимства и недостатъци 25

1.6 Анализ. Изводи и препоръки 27

ГЛАВА 2

ОБЩИ ВЪПРОСИ НА МЕТОДИКАТА НА ИЗСЛЕДВАНЕТО 35

2.1. Структурата и елементите на дисертационния труд 35

2.2. Методика на експерименталното изследване 37

2.3. Анализ на структурните характеристики на детайлите от земеделската техника 40

3.1. Избор на рационален метод метод за възстановяване от условието за приложимост 42

3.2 Избор на рационален метод метод за възстановяване от условието за минимална себестойност 77

3.3 Избор на рационален метод за възстановяване от условието за минимална относителна себестойност 107

3.4 Определяне на относителната себестойност на възстановените детайли 137

4.1 Определяне количеството възстановени детайли за единица време 140

4.2 Определяне трудовите разходи за възстановяване на един детайл 141

4.3 Определяне коефициента на използване на производствените площи 143

4.4 Определяне показателя на относително несъвършенство по отношение на различните методи на наваряване 144

ГЛАВА 5

ТЕХНИКО-ИКОНОМИЧЕСКИ АНАЛИЗ 147
ОСНОВНИ ИЗВОДИ И ПРЕПОРЪКИ 151
НАУЧНО-ПРИЛОЖНИ ПРИНОСИ 153
ЛИТЕРАТУРА 154
ПРИЛОЖЕНИЯ 175

УВОД

Съвременното земеделие се характеризира с излючително бързо нарастване на сложността на техническите системи. Необходимостта от преход към устойчиво земеделие налага прилагането на нови иновационни технологии, произтичащи от сложността на тези системи, свързани с механизиране процесите в земеделието. Тези системи интегрират в едно земеделски, информационни, компютърни и комуникационни технологии. За поддържане на надеждностните им показатели в процеса на тяхното използване е необходимо разработването и внедряването на нови технологии, предназначени за осигуряване на тяхната изправност и работоспособност. Като съставна част на технологичният процес за поддържане работоспособността на земеделската и автотракторната техника са ресурсовъзстановителните технологии (фиг. 1.1). С тяхното прилагане се постига не само икономия на суровини, материали и енергия но и опазване на околоната среда.

Ф
иг. 1.1 Структура на устойчиво развитие на земеделското производство

Настоящето ниво на техническия прогрес и дейностите, които го съпътстват неминуемо водят до отрицателно въздействие върху околната среда. Всичко това води до нежелани последствия и в крайна сметка до нарушаване на екологичното равновесие и опустошително изчерпване на природните ресурси [104, 132, 139, 156].

За съжаление България има една от най-силно замърсяващата индустрия. Крайно време е да си зададем въпроса: Ще продължава ли тази нерационална експлоатация на природните ресурси или трябва да се намери някаква алтернатива? Една такава алтернатива е ремонтното производство. To може значително да удължи живота на изделията и следователно да намали до известна степен количеството използвани суровини и материали осигурявайки пълноценно използване на заложения в машините ресурс в процеса на тяхното производство.

В
промишлено развитите държави поддържането и ремонтно-възстановителните технологии, се разглеждат, като ефикасен отговор на изчерпването на природните ресурси и глобалните икономически, социални и екологически проблеми на човешкото общество [81, 90, 100, 122, 132, 139]. В резултат на това се е наложило преминаването от еднопосочна към затворена система (фиг. 1.2).

Според [11, 61, 81, 90] възстановените чрез съвременните методи детайли, не само не отстъпват по износоустойчивост на съответните нови детайли, но и значително ги превъзхождат.

Е
дин от съществените фактори свързан с удължаване жизнения цикъл на изделията е ремонтното производство и по-специално ремонтно възстановителните технологии (фиг. 1.3), които са елемент от технологичния процес на поддържане на машините в работоспособно състояние [81, 90, 100, 104]. Посредством тях се осигурява пълноценно използване на заложеният в машините ресурс в процеса на тяхното производство, а така също се реализират големи икономии на суровини, енергия и материали. С възстановяване работоспособността на износените детайли се постига намаляване себестойността при поддържане на машините и се осигурява известна независимост на земеделските производители по отношение на ресурсното осигуряване.

Съотношението на възстановените спрямо новите детайли непрекъснато се увеличава, като по-широкото използване на възстановените детайли се обяснява с тяхната висока икономическа ефективност, качество и надеждност.

Известно е [6, 7, 8, 23, 41, 50, 60], че капиталните вложения за възстановяване на детайли са от 5 до 10 пъти по-малки от тези за производство на нови резервни части, разходите на енергия от 10 до 20 пъти, а разходите за материали 20 - 100 пъти. Себестойността на възстановените детайли е от 2 до 20 пъти по-ниска от себестойността на ново изработените. Цената на възстановените детайли може да бъде от порядъка на 50 до 60 % от цената на новите детайли [11, 132, 139].

Според [11, 32, 77] възстановяването на работоспособността на износените детайли може да се осъществи по две групи методи: по методите на възстановяване на началната сглобка на съединенията чрез изменение на началните размери на детайлите и по методите на възстановяване на сглобката чрез възстановяване на началните размери на детайлите до тяхната номинална стойност.

Анализирайки това следва да отбележим, че класифицирането на методите и процесите за възстановяване най-общо може да се раздели на основни и спомагателни. Основните методи се разделят на пет групи [11, 32, 46, 48]. Към първа група спадат методите, при които измененията в изходното състояние на детайлите в резултат на тяхната експлоатация се компенсира чрез използване на механична и шлосерска обработка. Втората група, свързана с методите и процесите за нанасяне на възстановителни покрития и слоеве, е с най-голяма номенклатура и приложение. Третата група основни методи и процеси за възстановяване на детайлите е свързана с използването на пластическата деформация в различни технологически варианти за възстановяване на дефектни детайли. Четвъртата група основни методи за възстановяване на детайлите включва процесите на термична обработка, чрез която се възстановяват определени свойства на детайлите (твърдост, еластичност и др.). Петата група основни методи включва необхванатите от предходните групи процеси разпределени в три подгрупи: термодифузионни процеси (циментация, азотиране, хромиране и др.); методи на високоскоростна пластическа деформация (вакуумни покрития, взривно заваряване и уякчаване и др.); обработка с високо концентрирани енергетични потоци (лазерна обработка и др.).

Спомагателните методи включват: почистване; технически контрол; механична обработка; термична обработка и други процеси.

Направената класификация не включва цялата номенклатура от методи и процеси за възстановяване на детайлите, а само най-често използваните.

Въз основа на проучената информация се установи, че най-голяма приложимост при възстановяване на детайли от земеделската и автотракторната техника намират електродъговите методи и по-специално наваряването в защитна газова среда, под слой от флюс и техните разновидности (фиг. 1.4).

Ф
иг. 1.4 Съвременни уредби за наваряване в защитна газова среда (а и б) и под слой от флюс (в)

В ремонтната практика се извършват разнообразни по вид и характер заваръчни и наваръчни работи. Това разнообразие особено ярко се проявява при възстановяване на детайли, които имат дефекти от авариен характер или са излезли от експлоатация поради естествено износване [11, 43, 45, 53].

В сравнение с другите методи за възстановяване на детайлите наваряването има редица предимства, изразяващи се във възможност за нанасяне на покрития върху износените повърхнини с голям диапазон на изменение на тяхната дебелина, възможност за нанасяне на износоустойчиви и корозионноустойчиви покрития върху основния метал с различен химически състав, съобразно доминиращия вид износване, възможност за повишаване ефективността от наваряването чрез съчетаване с други начини на повърхностна обработка, висока производителност, относително проста конструкция и мобилност на оборудването и приспособленията за изпълняване на наръчните операции, липса на ограничения по отношение на наваряваните повърхности, не се изисква висока квалификация на работника и др.

Опитът в ремонтните предприятия [40, 41, 44, 47] показва, че детайли с еднакви дефекти могат да бъдат възстановени чрез използване на различни методи за възстановяване. Върху избора на метод, влияние оказват следните фактори: експлоатационни (големината на износването и характера на дефекта); конструктивни (материала, размера и формата на детайла); технологични (точност, твърдост); производствени; технически и икономически.

Разпределението на детайлите по вида на дефекта и големината на износване показва [11, 19, 22, 43], че 35% от тях с големина на износването над 0,15 mm могат да бъдат възстановени чрез използване на различните методи на наваряване.

Трябва да отбележим, че производителността и качеството на възстановяването зависят от правилният избор на метод на наваряване, свойствата и химическия състав на добавъчния материал, защитната среда, режима на наваряване, степента на механизация и др.

При електродъговите методи на наваряване, качеството на възстановения детайл, както и времето за възстановяване зависи от вида на тока (постоянен, променлив), полярността на тока (права, обратна), вида и свойствата на добавъчния материал, вида на защитната среда (флюс, СО₂), режима на наваряване (ъгълът на електрода, скоростта на подаване, скоростта на наваряване, големината на тока и напрежението и др.) [20, 78, 103, 124].

Възстановяването на детайлите чрез използване на разновидностите на електродъговите методи на наваряване се характеризира с простота, универсалност, висока производителност и ниска себестойност.

П
о своята същност [19, 22 114, 127, 135] подфлюсовото наваряване представлява електродъгово наваряване, при което дъгата гори между необмазан електроден тел (лента) и наваряваното изделие, под защитен слой от флюс (фиг. 1.5).

Този метод се използва за възстановяване на плоски и цилиндрични повърхнини, чиито диаметри не са по-малки от 50 - 60 mm. За източник на топлина се използва електрическата дъга, която се образува между електродния тел и детайла. В зоната на горене се подава непрекъснато флюс, който се разтапя от електрическата дъга. Флюса образува течна шлака, която предпазва зоната на наваряване от вредното влияние на въздуха. Освен това чрез флюса допълнително се легира метала и се осигурява добро сформиране на шева.

Автоматичното наваряване под слой от флюс е високопроизводителен метод. Производителността на процеса се определя от количеството на разтопения метал за единица време, което зависи непосредствено от силата на тока. Съчетаването на висока плътност на тока с наличието на флюсова защита оказва статично налягане на течения метал, предотвратява разпръскването и позволява да се повиши производителността на процеса 6-12 пъти в сравнение с ръчното наваряване [19, 43, 45, 135].

Освен защитни свойства, видът на флюса има съществено значение за физико механичните свойства и качеството на наварения метал [23, 42 103]. Основните задачи на флюса са да защити метала на шева от въздуха, както и да осигури: правилно формиране на метала на шева; необходимите механични свойства на метала на шева и съответен химически състав; гарантиране на достатъчна устойчивост на дъгата; леко отделяне на кристализиралата шлакова кора от повърхността на шева.

Висока степен на легиране посредством плътен електроден тел е сравнително скъп процес. Поради тези причини при наваряването на повърхнини, изискващи висока степен на легиране, е целесъобразно високолегираните плътни електродни телове да бъдат заменени с шихтови електроди (фиг. 1.6) [21, 43, 54, 59, 142].



Фиг. 1.6. Напречни сечения на шихтови електроди

На настоящият етап от развитието на наваръчните технологии тези електроди са незаменим наваръчен материал, тъй като дават възможност за неограничено легиране на наварения метал и осигуряват получаването на покрития с различни физико-механични свойства.

Като недостатък на шихтови електроди може да се посочи, че колкото е по-голям диаметърът на електрода, толкова по-неравномерно се разтопява шихтата, което се отразява на физико-механичните свойства на наварения метал. Подобряване равномерността на топене на сърцевината от шихтов материал се постига чрез намаляване дебелината на шихтовия слой или увеличаване на неговата електропроводимост.

Според [9, 62, 63] при възстановяване на детайли с диаметър над 200 mm е целесъобразно да се използват лентови електроди. Това се диктува от ширината на електродната лента, която се произвежда от 20 до 100 mm. Предимствата на лентовите електроди спрямо електродните телове се изразяват в: малка дълбочина на провара; възможност за получаване на различни по ширина наваръчни шевове; възможност за регулиране дебелината на слоя за един преход в достатъчно широки граници; получаване на наварен метал с гладка повърхност; висока производителност; разсредоточено въвеждане на топлината, което създава благоприятни условия за протичане на структурните превръщания и намалява топлинното въздействие върху основния метал; опростяване на технологичния процес на изтегляне и др.

Основните предимства на наваряването под слой от флюс са следните: дъгата гори в газов мехур, обграден с течна шлака и флюс, което изключва съприкосновение на метала с въздуха и гарантира отличната му защита; получава се високо качество на метала на шева не само поради добрата защита, но и поради поддържаните постоянни стойности на параметрите на режима и забавеното охлаждане на метала; намалените загуби на топлина повишават коефициента на полезно действие до 0,9, докато при наваряването с открита дъга той е от 0,6 до 0,8; при подфлюсовото наваряване могат да се използват по-високи плътности на тока респективно висока производителност при наваряване; покритата дъга не само осигурява добра защита на метала, но и намалява загубите от разпръскване в процеса на наваряването; възможност за получаване на голяма гладкост на наварения метал; възможност за получаване на наварен метал с висока степен на легиране; добри условия на труд свързани с отсъствието на светлинно излъчване.

Основните недостатъци на наваряването под слой от флюс се изразяват в: основна характерна особеност на подфлюсовото наваряване е, че може да се използва единствено при наваряване в долно положение, без допълнително оборудване; голямата плътност на тока и концентрацията на топлина, увеличава чувствително провара; трудности свързани с производството, съхранението и подготовката на заваръчния флюс.

П
ри електродъговото наваряване в защитна газова среда дъгата гори в защитна струя от газ между топим или нетопим електрод (фиг. 1.7) и наваряваното изделие [30, 31, 93, 94, 126, 155]. Предназначението на газа е да предотврати контакта на разтопения метал с въздуха, като по този начин се избягва насищането на метала с вредни газове. В случая газът изпълнява само защитна функция, но неможе да се осъществи легиране на наварения метал. Легирането се осъществява най-често чрез електродния тел. Методите за защитногазово наваряване могат да се класифицират по няколко признака. Според вида на защитния газ се различава наваряване, при което се използват инертни (аргон, хелий) или активни (азот, водород, въглероден двуокис) газове.

В много случаи се използват и различни смеси от активни и инертни газове. По вида на използвания електрод се различава наваряване с топим или нетопим (въгленов, волфрамов) електрод.

В зависимост от степента на механизация на процеса наваряването бива полуавтоматично, автоматично и напълно автоматизирано.

Според [10, 71, 108, 151, 153] наваряването в среда от въглероден двуокис е най-широко използвания механизиран метод на наваряване в редица напреднали в техническо отношение старни. При този вид наваряване има два начина на пренасяне на метала: с чести къси съединения, напрежението на дъгата е достатъчно ниско, за да може при нарастване на диаметъра на капката тя да се докосне до ваната, преди да се е откъснала от електрода, а с опирането и до ваната се получава късо съединение; без къси съединения, напрежението е достатъчно високо и капката се отделя от електрода и преминава през дъгата в заваръчната вана.

Обикновенно се наваряват цилиндрични или плоски повърхнини, по-рядко повърхнини със сложна форма. Цилиндричните повърхнини най-често се наваряват по винтова линия. Детайлът се върти равномерно, а дъгата се движи постъпателно успоредно на оста на цилиндъра.

Предимствата на този метод се изразяват в следното: създава се възможност за пряко наблюдение на процеса на наваряване; лесно се механизира и може да се използва в процеса на ремонт на машините в монтажни условия; отпада необходимостта от почистване на шева от шлака след наваряване; дава възможност за наваряване в различни пространствени положения.

Към недостатъците на наваряването в газозащитна среда се отнасят: газовата защита отстъпва от флюсовата поради това, че при нея не може да се легира метала на шева; полепване на пръски върху дюзата на горелката; необходимост да се защитават работещите от излъчването на дъгата. Към недостатъците на наваряването в защитна среда от аргон освен това трябва да се добави и неговата висока стойност.
1.2.3. Вибродъгово наваряване.

Вибродъговото наваряване на износени детайли е разновидност на механизираното електродъгово наваряване (фиг. 1.8). Характерна особеност на този вид наваряване са вибрациите на електродния тел [50, 143, 145, 154].

Ф
иг. 1.8 Принципна схема на уредба за вибродъгово наваряване.

Вибрациите на електродния тел оказват съществено влияние върху процеса на наваряване и качеството на наварения слой. Процесът на наваряване представлява редуване на много кратки цикли с честота 50 – 100 пъти в секунда и продължителност 0,01 сек., състоящи се от късо съединение, дъгов разряд и празен ход. Поради това, че наваряването се извършва при сравнително ниски напрежения, протичането на тока се осъществява след металния допир на електрода с наваряваната повърхност. В този момент напрежението във веригата рязко се понижава, докато силата на тока бързо нараства, което е съпроводено с протичане на мощен импулс на тока между електрода и детайла. В резултат на това, края на тела се приварява към повърхността на детайла. След като времето на късото съединение изтече, настъпва моментът на отдалечаване на електродния тел от повърхността на детайла. Металната връзка се разрушава в мястото на най-силно загрятата част на стопения метал, като силата на тока пада, а напрежението между електродите нараства няколко пъти в резултат, на което настъпва дъгов разряд.

С отдалечаване на електрода напрежението пада до големината на напрежението на празен ход на източника. Това се дължи на факта, че електродвижещото напрежение на самоиндукция е недостатъчно да поддържа електрическия заряд при нарасналата електродна междина, в резултат на, което дъговият разряд угасва и настъпва период на празен ход. След това електродът се доближава отново до наваряваната повърхнина с което започва новия цикъл.

С вибрациите на електродния тел се създава възможност за наваряване в среда от охлаждаща течност при ниско напрежение на електрическата дъга, когато процесът с непрекъсната дъга е невъзможен. Ниското напрежение на електрическата дъга рязко намалява изгарянето на въглерода и легиращите елементи на електродния и основния метал. Прекъсването на електрическата верига при вибрирането на електродната тел осигурява дребнокапково пренасяне на електродния метал, незначително нагряване на детайла и много малка зона на термично влияние.

Според [17, 50, 111, 149, 154] вибрациите на електродния тел са средство за подобряване режима на наваряване и надеждността на технологичния процес, като бързо се отстраняват възникналите отклонения и значително разширяват диапазона на режима на наваряване.

Предимствата на този метод се изразяват в следното: минимално нагряване на възстановявания детайл; висока производителност; минимална зона на термично влияние; лесно се механизира и може да се използва в процеса на ремонта на машините в монтажни условия; отпада необходимостта от почистване на шева от шлака след наваряване; дава възможност за наваряване в различни пространствени положения; дава възможност за наваряване в защитна среда от охлаждаща течност и защитни газове.

Към недостатъците на вибродъговото наваряване се отнасят: ограничения относно легирането на метала на шева; полепване на пръски върху дюзата и върху възстановявания детайл; необходимост да се защитават работещите от излъчването на дъгата; намаляване на уморната якост на възстановяваните детайли (при наваряване в защитна среда от охлаждаща течност).