Теоретические и расчетные задания

Высокая плотность мощности лазерного излучения  обеспечивает высокую скорость нагрева в зоне плавления лучом лазера (104-105 °С/с), что минимизирует ЗТВ. Таким образом, по сравнению с электродуговой импульсная лазерная наплавка характеризуется минимальными объемом расплава, ЗТВ и, соответственно, существенно меньшими поперечными и продольными усадками.

После электродуговой наплавки припуск на последующую механическую обработку  может достигать 2 мм, что дополнительно  увеличивает трудоемкость процесса, а при импульсной лазерной наплавке - нескольких сотен микрометров. Применение электрической дуги в качестве источника энергии сопровождается её силовым воздействием на жидкую фазу расплава металла, в результате которого образуются дефекты, называемые подрезами.

В отличие  от импульсной лазерной при электродуговой наплавке требуется предварительный и сопутствующий подогрев зоны наплавки, а также последующая термическая обработка. Еще один недостаток электродуговой наплавки - отклонение дуги вблизи металлической поверхности вследствие явления магнитного дутья, негативно сказывающегося на качестве процесса.

Низкий  коэффициент сосредоточенности  дугового сварочного источника энергии  по сравнению с лазерным не позволяет  выполнять наплавку с припусками на последующую механическую обработку ± 50 мкм и восстанавливать детали с прецизионными геометрическими размерами.

Поэтому в тех случаях, когда требуется  быстро и с высокой точностью  восстановить дефекты с небольшой наплавляемой массой, импульсная лазерная наплавка имеет неоспоримые преимущества перед электродуговой. В настоящее время применяют более 25 способов нанесения покрытий как на вновь изготавливаемые детали, так и на восстанавливаемые изношенные.

Большинство из них основано на наплавке с применением  сварочных источников энергии. Инженеру-технологу не просто выбрать и обосновать свой выбор.

Эффективность выбранного способа наплавки и наплавочного материала определяется соотношением себестоимости наплавки и ресурса работы наплавленной детали.

В настоящее  время импульсную лазерную наплавку широко применяют в автомобильной промышленности (ремонт пресс-форм), авиационной (восстановление изношенных деталей авиатехники), металлургической (устранение дефектов деталей, полученных методом литья), инструментальной (ремонт различной технологической оснастки) и т. д. Далее приведены некоторые примеры применения данной технологии.  

Восстановление  изношенных пресс-форм.

Пресс-формы  являются самым дорогим видом  формообразующего инструмента.

В процессе эксплуатации пресс-форм происходит их износ. Устраняемые дефекты: задиры, забоины, глубокие царапины, поры, трещины, места адгезионного схватывания, места (площадки) заниженных рабочих поверхностей, возникающие в процессе изготовления и при эксплуатации пресс-форм. Применение импульсной лазерной наплавки позволяет в несколько раз снизить себестоимость и длительность ремонта за счет отказа от предварительного подогрева, последующей термической обработки, снятия покрытия из хрома и его последующего нанесения, минимальной последующей механической обработки.

Точная  дозировка энергии импульса лазерного  излучения, локальность воздействия, минимальное время действия лазерного излучения обеспечивают минимальное тепловложение и позволяют сохранить геометрические размеры пресс-форм. Применение световолоконных систем доставки лазерного излучения к месту дефекта длиной в несколько метров позволяет производить ремонт пресс-форм сложной геометрической формы и неограниченных размеров.

Вследствие  адгезионного схватывания в процессе эксплуатации хромированных пресс-форм могут возникать различные дефекты - разгарные трещины, отслаивание и «вырыв» хромированного покрытия. Условно эти дефекты можно подразделить на два типа: дефекты покрытия, не достигшие основного материала пресс-формы и дефекты, достигшие основного материала пресс-формы и продолжающиеся в нем на некоторой глубине. При ремонте пресс-форм с покрытиями из хрома толщина данного покрытия должна быть не более 20 мкм. Покрытие, отслоившееся от подложки в месте дефекта, необходимо удалить.

Перед импульсной лазерной наплавкой расхромирование  поверхности пресс-форм не производится. Дефекты обоих типов устраняют  импульсной лазерной наплавкой с использованием в качестве присадочного материала электролитического хрома.

Микротвердость  поверхности наплавленного слоя (370-500 НV) сравнима с микротвердостью хромового покрытия (470 НV), что обеспечивает ресурс работы наплавленного слоя на уровне новой пресс-формы.

Хромированные пресс-формы, применяемые для производства резинотехнических изделий и литья пластмасс, независимо от стали, из которой они изготовлены, обычно подваривают проволокой из коррозионно-стойкой стали, при этом снятие хромированного покрытия и последующее хромирование после лазерной наплавки не требуются.

При наличии  на хромированной пресс-форме дефектов (адгезионное схватывание, разгарные трещины и др.) хромированное покрытие, находящееся вблизи дефекта может отслаиваться от пресс-формы, поэтому перед лазерной на-плавкой его необходимо также зачистить.  

Восстановление  изношенных протяжек.

Одним из самых дорогих прецизионных видов  режущего инструмента являются протяжки. Стоимость одной протяжки может доходить до нескольких тысяч долларов. Между тем износ режущих зубьев протяжки составляет всего несколько десятков микрон, а калибрующих зубьев - несколько микрон.

В инструментальной практике протяжку принято перетачивать на другой типоразмер, так как до последнего времени не существовало надежной технологии, позволяющей восстанавливать изношенные поверхности протяжки с твердостью наплавленного слоя на уровне 60 НКС при сохранении ее геометрических размеров в микронном поле допуска.

В связи  с разработкой технологии импульсной лазерной наплавки с применением твердотельных импульсных лазеров появились новые технологические возможности восстановления изношенных протяжек.  

Восстановление  изношенных лопаток авиационных  турбин.

Импульсную  лазерную наплавку можно применять  для восстановления изношенных лопаток авиационных турбин, турбин гидроэлектростанций, газоперекачивающих станций, тепловых электростанций и морских турбин. Повреждение лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) в процессе эксплуатации - основная причина досрочного снятия большого числа двигателей, что связано с появлением точечных и локальных дефектов в результате попадания посторонних предметов, льда и аэрозолей.

В процессе анализа повреждаемости узлов и  элементов авиационной техники  установлено, что около 70% их общего числа составляют детали с поверхностными дефектами глубиной 0,4-2,0 мм, что легко поддается ремонту импульсной лазерной наплавкой.

В настоящее  время данные дефекты устраняют  электронно-лучевой или электродуговой наплавкой, что имеет определенные технологические и экономические недостатки.  

Восстановление  изношенных лопаток газоперекачивающих агрегатов.

В процессе эксплуатации лопаток турбин газоперекачивающих агрегатов коэффициент компрессии снижается вследствие износа торца пера лопатки.

Существующая  в настоящее время технология ремонта лопаток электродуговой наплавкой не удовлетворяет современным технико-экономическим требованиям.

Разработанная технология восстановления лопаток  импульсной лазерной наплавкой позволяет в значительной мере устранить недостатки, присущие электродуговой наплавке и получить значительный экономический эффект.

Технология  импульсной лазерной наплавки при ремонте  торца пера лопатки позволяет устранить трудоемкие технологические операции снятия (и установки) лопаток с диска вала и статора турбины для отправки их на ремонтный завод, т. е. выполнять ремонт непосредственно на газоперекачивающей станции без демонтажа лопатки; значительно снизить объем механической обработки после наплавки (шлифовки, зачистки, подгонки), а также исключить термическую обработку до и после наплавки лопаток.  

Устранение  трещин в сварных соединениях.

Импульсную  лазерную наплавку можно использовать для устранения горячих и холодных несквозных трещин, образующихся при дуговой сварке штучными электродами или эксплуатации паротрубопроводов различных конструкций. Подварка (наплавка) несквозных трещин с использованием импульсного лазерного излучения длительностью несколько миллисекунд позволяет реализовать так называемый «холодный» режим импульсной лазерной наплавки, при котором не происходит разогрева ОШЗ, что позволяет сохранить механическую прочность сварного соединения и избежать отпуска металла шва.

При этом размер ЗТВ не превышает нескольких десятков микрон (обычно меньше 20 мкм).

Структура зоны наплавки более благоприятна с  точки зрения механической прочности, последующей термической обработки металла шва не требуется. 

Восстановление  ленточных пил, имеющих дефекты  в виде трещин.

В процессе эксплуатации ленточных пил для  деревообработки в них возникают и развиваются трещины, делающие пилы непригодным для дальнейшей эксплуатации. Технология импульсной лазерной наплавки позволяет производить ремонт ленточных пил, предусматривающий «блокировку» распространения трещины в пиле и наведение с высокой точностью лазерного луча на место дефекта (локальность действия лазерного излучения позволяет подваривать строго определенные участки пилы).

Кратковременность протекания процесса импульсной лазерной подварки (длительность импульса лазерного  излучения составляет несколько  миллисекунд) и точная дозировка энергии обеспечивают получение минимальной ЗТВ и отсутствие поводок.

Решение о восстановлении ленточных пил  с применением технологии импульсной лазерной наплавки следует принимать после всестороннего технико-экономического анализа, включающего учет затрат на блокировку трещины, подготовку кромок под наплавку, собственно наплавку (с учетом расхода присадочного материала) и последующую механическую обработку.

Приведенные примеры использования луча лазера при наплавке металла показывают, что существуют объективные предпосылки расширения областей его применения в машиностроительном комплексе Российской Федерации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

          1.2. Обкатка автомобиля.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБКАТКЕ АВТОМОБИЛЯ 

Долговечность автомобиля во многом зависит от того, как проведен начальный период его эксплуатации - обкатка, во время которой происходит приработка всех трущихся деталей автомобиля и их подготовка к нормальной работе. 

Приработка  рабочих поверхностей деталей обычно сопровождается их повышенным нагревом, поэтому обкатка автомобиля должна производиться при уменьшенной нагрузке с применением только основных рекомендованных смазок и при пониженных скоростях движения. 

Кроме того, при обкатке происходит уплотнение сальников, некоторая осадка прокладок разъемных соединений и ослабление соответствующих резьбовых креплений. Автомобиль во время обкатки требует более легкого режима эксплуатации и тщательного ухода. По заводской инструкции предусмотрена минимальная продолжительность периода обкатки-3000 км. 

  

ПРАВИЛА ОБКАТКИ АВТОМОБИЛЯ 

Основные  правила обкатки нового или вышедшего  из ремонта автомобиля сводятся к следующему: 

движение  надо начинать лишь после того, как  двигатель прогреется на малой частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода при слегка прикрытой воздушной заслонке, на что требуется около 4-5 мин его работы. Ни в коем случае нельзя прогревать двигатель при большой частоте коленчатого вала; 

следует пользоваться умеренными скоростями движения, рекомендуемыми заводом-изготовителем на период обкатки;