Відновлення корпусних деталей сільгоспмашин клеєзварним способом

Корпусні деталі тракторів забезпечують задане конструкцією машини взаємне розміщення механізмів їхніх елементів, а також відповідну координацію посадочних і привальних поверхонь. Ці складові будь-якої сільськогосподарської машини приймають більшість внутрішніх і зовнішніх навантажень, що діють на них під час експлуатації. Більшість із них виготовлені тонкостінними й з великою різнотовщинністю. Матеріалом для виготовлення таких деталей слугує чавун марок СЧ-15, СЧ-18, СЧ-21, СЧ-24 — середньої і підвищеної якості. Під час виготовлення корпусних деталей складної конструкції, зазвичай, виникають значні внутрішні залишкові напруження, які діють незалежно від зовнішніх. Для запобігання деформації, коробленню стінок і, як наслідок, появі в них тріщин проводять штучне й природне старіння, яке значно знижує рівень залишкових напружень. Відбувається процес їхньої релаксації. Внутрішні напруження корпусних деталей, які були в експлуатації, мають значно нижчий рівень завдяки їхньому виходу під дією навантажень і зміні внутрішньої структури та кристалічних граток.
Безпосередні спостереження за ремфондом дали змогу встановити, що найпоширенішими дефектами корпусних деталей є тріщини та спрацювання посадочних поверхонь. За даними ГОСНИТИ, 15–22% корпусів коробок зміни передач і 8–11% розподільних коробок тракторів мають тріщини, а також, відповідно, 10–16 і 9–14% спрацьованих до граничного стану посадочних поверхонь. Виникнення таких дефектів пов’язують із сукупною дією залишкових внутрішніх напружень і зовнішніх циклічних навантажень. Це пов’язано з особливостями матеріалу й конструкції деталей, характером, величиною та напрямом дії внутрішніх і зовнішніх навантажень. Незаперечним фактом є також порушення технічних умов розбирання, застосування недозволених прийомів і засобів. Поява дефектів призводить до зміни геометричних розмірів деталей, порушення співвісності між отворами, викривлення поверхні привальних площин тощо. Як наслідок, 8–10% цих деталей вибраковують через наявність у них тріщин, що значною мірою знижує ефективність ремонтних робіт, оскільки корпуси високовартісні.
Виявити пошкодження, особливо тріщини та внутрішні недосконалості структури матеріалу корпусної деталі, важко. Зовнішній огляд, а також низка наявних методів дефектації не дають ефективного результату. Водночас встановлено, що комплексний підхід спільної реалізації комп’ютерної голографії унеможливлює потрапляння до користувача несправних деталей. На рис. 1 зображено комп’ютерну голограму деталі, яка містить прихований дефект — тріщину в стінці корпусу насоса. Наявність її було підтверджено дублюванням акустичним і магнітнопорошковим методами. Комп’ютерна голографія наявність дефекту показала в першій повторності, акустичний дослід — у четвертій, а магнітнопорошковий — у третій повторності.
Про наявність зазначеного дефекту на голограмі свідчить аномальність розміщення кольорових смуг. Профіль голограми — характерний для тріщин здебільшого литтєвого (усадкового) характеру, які є в металі корпусних деталей чи в зварних швах. Пошарове шліфування цієї поверхні через 0,01 мм дало змогу відкрити на глибині 258 мкм тріщину складного профілю із середньою довжиною 2–3 мм.
Відновлення (ремонт) працездатності корпусних базових деталей пов’язане із значними труднощами. Це насамперед спричинено особливостями матеріалу — чавуну, а також складністю, масивністю, значними габаритними розмірами цих деталей. Відновлення вихідних параметрів стане ефективним тільки тоді, коли буде створено такі технологічні умови, за яких у деталях не виникатиме додаткового напруження й, відповідно, істотних деформацій та короблення. Розроблено близько 30 різноманітних способів усунення дефектів чавунних корпусних деталей. Аналіз літературних джерел свідчить, що тільки незначна їхня кількість може бути ефективно застосована. Наприклад, холодне зварювання самозахисним дротом ПАНЧ-11, напівавтоматичне зварювання дротом МИЖКТ-5-1-02-02, реалізація комбінованих способів (особливо клеєзварного), вставки-стяжки тощо.
Отже, розробка досконаліших технологій усунення тріщин, як свідчить практичний досвід, є наразі актуальною для ремонтної справи. Було розроблено технологію усунення тріщин із застосуванням клеєзварного способу. Її реалізують так: поверхню корпусної чавунної деталі (1) (див. рис. 2 ) з виявленою за допомогою відомих методів контролю цілісності матеріалів тріщиною (4) готують до відновлення. Встановлюють вісь проходження тріщини, її розміри, а поверхню зачищають абразивним кругом до металевого блиску з таким розрахунком, щоб очищена поверхня перекривала зону на 40–50 мм від осі та на 10–15 мм від кінців дефекту, які засвердлюють свердлом діаметром не більше 2,5 мм на віддалі 3–4 мм один від одного. Із сталевої стрічки (сталь 20) завтовшки 1 мм виготовляють накладку (3), яка за своїми розмірами відповідає підготовленій на корпусній деталі поверхні. Знежирюють поверхні накладки та деталі за допомогою пензля, змоченого в розчиннику (ацетон), і просушують.
Готують клейову композицію такого складу в масових частинах: епоксидна смола — ЭД-20 — 100; затверджувач — діетилентріамін ДЭТА — 8–10; пластифікатор — НВБ-2 — 18; розчинник — “Вінілокс” — 22; наповнювач — чавунний порошок — 60. Знову знежирюють поверхні накладки, деталі з тріщиною, просушують і наносять клейову композицію (2) на підготовлену належним чином поверхню деталі та встановлюють на неї накладку. Клейове покриття має бути завтовшки не більше 0,2–0,4 мм і рівномірно покривати поверхню деталі з тріщиною. Накладку приварюють до деталі окремими (на однаковій відстані одна від одної) зварними точками (5), які сформовано електроконтактним способом за допомогою зварювальних кліщів (6). Зварювання проводять, використовуючи такі параметри режиму: зварювальний струм — 10,5–11,0 кА; зусилля притискання електродів — 2,3–2,8 кН; час зварювального імпульсу — 0,25–0,30 с; час притискання електродів 0,70–0,76 с; струм відпалювання — 8,5–9,0 кА; час відпалювального імпульсу — 0,45–0,48 с. Міцність з’єднання на розрив становить 176–184 МПа, міцність за циклічного навантаження — 79–80 МПа, що відповідає міцнісним характеристикам основного металу деталі чавуну СЧ-18. Оптимальними конструктивними елементами з’єднання є: діаметр електродів — 5–6 мм; відстань між зварними точками — 25–30 мм; відстань між рядами зварних точок — 20–25 мм; кількість рядів — не більше трьох з обох боків від осі тріщини; величина вільного кінця накладки — 6–8 мм.
Сталеву накладку приварюють по сирому клею, видавлюючи його прошарок із зони контакту. При цьому поверхня деталі, яку відновлюють, локально нагрівається до температури 80...100 ±2°С, що прискорює час полімеризації клейового прошарку без застосування додаткового нагрівання всієї деталі та становить 4,5 години. Застосування електроконтактного зварювання (замість використання болтів) сприяє підвищенню продуктивності праці в 2,5 раза, а нагрівання поверхні скорочує час перебування деталей у ремонті втричі та допомагає уникнути застосування громіздкого, високовартісного нагрівального обладнання. Електроконтактне зварювання окремими точками підвищує якість відновлення завдяки зменшенню зовнішнього впливу на міцнісні характеристики деталей (свердлування та підготовка нарізі).
Отже, реалізація запропонованих технологій виявлення та усунення дефектів (тріщин) у корпусних чавунних деталях гарантує підвищення надійності сільськогосподарських машин, зростання продуктивності праці, скорочення виробничого циклу завдяки застосуванню уніфікованого оснащення, а також створення умов для забезпечення механізації і екологічної чистоти технологічного процесу й уникнення використання складного і дорогого обладнання та оснащення.

С. Карабиньош,
А. Новицький,
доценти,
Національний аграрний університет