• Người ta dùng phương pháp hàn để hàn các vết nứt, gãy, vỡ của các chi tiết bằng kim loại như nắp xylanh, nồi hơi, vỏ tàu….hoặc hàn đắp để phục hồi kích thước chi tiết của các thiế
Trang 1CHƯƠNG 6
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI
VÀ LÀM BỀN CHI TIẾT MÁY
Trang 21.Khái niê êm
• Phục hồi: Phục hồi có nghĩa là khôi phục lại
kích thước, hình dáng ban đầu của chi tiết máy hoặc khôi phục một số tính chất cơ lý của chi tiết mà sau một thời gian hoạt động
nó bị thay đổi hoặc bị mất khả năng làm việc.
• Ví dụ: Hàn các chi tiết bị gãy Nếu nó thiếu
kích thước thì ta hàn đắp, phun kim loại, mạ….
Trang 32.Hàn kim loại
Hàn kim loại được áp dụng rộng rãi khi sửa chữa tàu
• Mối hàn được hình thành do kim loại hàn và que
hàn nóng chảy hòa vào nhau
• Người ta dùng phương pháp hàn để hàn các vết
nứt, gãy, vỡ của các chi tiết bằng kim loại như nắp xylanh, nồi hơi, vỏ tàu….hoặc hàn đắp để phục hồi kích thước chi tiết của các thiết bị mài mòn, ăn mòn như vỏ tàu, cánh bơm, chân vịt…
Trang 4• Phân loại theo cách thức thực hiê ên
– Hàn chắp: dùng phương pháp hàn để hàn các vết nứt, gãy, vỡ
của các chi tiết bằng kim loại như nắp xylanh, nồi hơi, vỏ tàu….
– Hàn đắp: hàn đắp để phục hồi kích thước chi tiết của các thiết bị
mài mòn, ăn mòn như vỏ tàu, cánh bơm, chân vịt…
– Hàn điện (hồ quang): Là quá trình phóng điện giữa hai điện cực
làm chảy kim loại gốc, kim loại hàn để cho chúng liên kết lại Mối hàn tốt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kim loại que hàn, kích thước que hàn, cường độ dòng điện hàn
– Hàn hơi (hàn axetilen) : Là quá trình hàn dưới ngọn lửa gió đá
(oxi+axetilen), thường dùng để hàn đồng thau, đồng đỏ
Trang 5• Quy trình công nghệ phục hồi chi tiết bằng phương
pháp hàn bao gồm các công việc:
– Chuẩn bị chi tiết hàn
• Trong quá trình hàn, các chi tiết xuất hiện ứng suất
và biến dạng lớn Do đó để khắc phục người ta thường đốt nóng sơ bộ trước chi tiết, lựa chọn hợp
Trang 6• Khi hàn vá các vết nứt công nghệ hàn như sau:
trước tiên xác định chiều dài vết rạn nứt, ở hai đầu mút vết rạn nứt khoan lỗ φ = 6 ÷ 8mm để vết nứt không lan ra nữa và tiếp đến đục rãnh theo vết nứt Rãnh đục theo dạng chữ V, chữ X hình chén tuỳ thuộc theo chiều dày kim loại và độ sâu vết nứt Góc vát của rãnh cũng phụ thuộc chiều sâu vét nứt
và chiều dày tấm kim loại.
• Thép hàn khi nguội tạo oxit làm rỗ mối hàn Để
khắc phục, người ta tiến hành hàn nhiều lớp, hết mỗi lớp phải gõ lớp oxit đi.
Trang 73.Phun Kim loại
• Phun kim loại được sử dụng để phục hồi các kích
thước của chi tiết bị mòn và nâng cao khả năng làm việc của chúng
• Thực chất của phương pháp này là phun kim loại
nóng chảy (thép, đồng thau, đồng thanh, nhôm) lên chi tiết
• Các giọt kim loại bay ra từ các thiết bị phun (súng
phun) với tốc độ 100 ÷300 m/giây sẽ được bẹp (dát mỏng) khi va đập vào chi tiết, làm đầy những chỗ không bằng phẳng của bề mặt và bảo đảm sự liên kết cơ học của lớp kim loại phun với kim loại gốc
• Chiều dày lớp kim loại phun có thể đạt từ 5 ÷10mm
Trang 8• Quá trình công nghệ phun kim loại gồm có:
– Chuẩn bị chi tiết
– Làm nóng chảy dây kim loại
– Tạo lớp phun, gia công chi tiết sau khi phun
– Kiểm tra chất lượng.
• Chuẩn bị bề mặt để bảo đảm sự liên kết của lớp
phun với kim loại gốc, bảo đảm có độ dính bám tốt Muốn vậy bề mặt chi tiết phải tạo có độ nhám, điều này thực hiện được bằng cách xử lý phun cát, bằng hạt vụn kim loại, bằng cách cắt thô, lăn chéo Đặc biệt, sự liên kết của lớp phun với kim loại gốc sẽ tốt hơn, nếu phủ một lớp mô líp đen, lúc này mối liên kết trở thành liên kết phân tử do ở trạng thái nóng chảy môlípđen làm khuyếch tán tốt tất cả kim loại.
Trang 93.Phun kim loại
• Tạo lớp phun: Các đầu của dây kim loại (là dây dẫn) xuất hiện
cung hồ quang điện làm dây kim loại nóng chảy Dưới tác dụng của không khí nén (áp lực 5 ÷6KG/cm2) các phần tử kim loại nóng chảy được bắn vào bề mặt chi tiết cần phun.
1.Dây kim loại
2 Cơ cấu chuyển dây
3 Dây cáp điện4.Cơ cấu dẫn hướng
5 Tia kim loại phun
Trang 10• Khi phun kim loại bằng hồ quang điện, sự ion hóa mạnh của không
khí làm kim loại nóng chảy bị ô xi hóa mạnh bởi các ô xi nguyên tử, các phần tử kim loại được bao phủ bởi màng mỏng ô xít, làm giảm độ bền mối liên kết
• Mặt khác do sự ô xy hóa mạnh nên sự cháy các thành phần hợp kim
cũng tương đối lớn (thí dụ các bon đến 40% mangan và silic đến 50%)
Vì vậy khi phun kim loại bằng phương pháp điện hồ quang, người ta
sử dụng dây có lượng chứa các thành phần hợp kim cao.
• Ưu điểm của phương pháp phun kim loại:
– Năng suất cao (12 kg/giờ)
– Có khả năng phun bất kỳ kim loại nào
– Có thể thay đổi độ dày lớp phun trong giới hạn lớn
– Không tạo độ gợn sóng, gồ ghề của chi tiết.
– Do lớp phun có độ cứng cao nên khả năng chống mài mòn tốt, mặt
khác trên bề mặt phun có các lỗ nhỏ vi mao nên có khả năng giữ dầu bôi trơn trên bề mặt
Trang 113.Phun kim loại
• Nhược điểm:
– Độ bền liên kết với kim loại gốc thấp hơn so với các
phương pháp khác
– Một số lớn (%) các thành phần hợp kim bị cháy khi
dùng phương pháp điện hồ quang
– Song độ bền mỏi của các chi tiết được phục hồi bằng
phương pháp phun kim loại giảm xuống một cách đáng kể, nguyên nhân do có một số lớn kết cấu vi mao dẫn là nguồn gốc hình thành các vết rạn nứt do mỏi, quá trình chuẩn bị chi tiết cũng có ảnh hưởng đến độ bền mỏi
Trang 121.Máy phát tự cảm
2 Tia kim loại3.Dây kim loại4.Cơ cấu chuyển
5 Ống nước làm mát vào, ra
Trang 13• Phun kim loại bằng máy phun dùng acetylen và Oxy.
1.Dây kim loại
2 Rãnh cấp Acetylen
3 Rãnh cấp Ôxy
4 Cơ cấu chuyển
Trang 14• Mạ: là quá trình phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp
mỏng và bắm chắc trong môi trường điện ly
• Mục đích là tăng tính chống mòn, mài mòn, phục hồi
lại kích thước ban đầu cho chi tiết.
• Trong sửa chữa tàu thủy sử dụng các phương pháp
phục hồi chi tiết bằng mạ điện sau đây: mạ thép, mạ kẽm, mạ thiếc, crom, Niken
Ví dụ:
– Séc măng trên cùng mạ crom
– Sơmi mạ Niken, Crom để tăng độ cứng, khả năng chịu mài mòn– Kim phun, vòi phun, cặp piston-plunger , các ti van trượt bị mòn
mạ cho khít lại
Trang 16• Chuẩn bị bề mặt người tiến hành làm sạch bằng cát,
mài nhẵn bóng Người ta sử dụng phương pháp điện hóa để làm sạch bề mặt, lúc này chi tiết đóng vai trò anốt (dương cực) để tạo dương cực tan khi cho dòng điện đi qua
• Dung dịch điện phân có thể sử dụng là axit sunfuaric
(H 2SO4) 15% hoặc anhydrit crômic CrO3 Mật độ dòng điện ở anốt (ở cực dương) từ 30 ÷50 A/dm2, nhiệt độ
từ 20 ÷400C Thời gian xử lý bề mặt từ 1 ÷2 phút.
• Việc tẩy rửa chi tiết cũng có thể áp dụng phương pháp
hóa học với dung dịch axit clohydric HCl 10% hoặc axit sunfuaric H2SO4 20 ÷40% trong thời gian 20 ÷30 phút
Trang 17• Quy trình mạ
– Trong bể chứa dung dịch điện phân người ta treo chi tiết và kim
loại mạ ngập trong dung dịch điện phân
– Khi cấp nguồn một chiều vào, kim loại mạ sẽ được giải phóng
và bám lên bề mặt chi tiết mạ
– Mối liên kết giữa kim loại gốc và kim loại mạ là mối liên kết ion
• Rửa, trung hòa, làm sạch: Sau khi kết thúc quá trình
mạ tiến hành
– Rửa chi tiết bằng nước
– Trung hòa dung dịch Kiềm
– Rửa lại bằng nước
– Thổi khô bằng không khí nén
Trang 18Phân loại Mạ Điê ên:
1 Mạ thép:
- Đó là kết quả của sự kết tủa sắt vào chi tiết trong quá trình điện phân các muối của sắt (muối clorat và muối sun phát của sắt) Ví dụ chất điện phân clorat (FeCL2) Lúc này thép các bon thấp được dùng làm dương cực (anốt).
2 Mạ crôm:
– Crôm điện phân có độ cứng lớn (đến HB 1100), hệ số ma sát thấp và
tính chống ăn mòn, chống rỉ cao vì vậy, mạ crôm được sử dụng để phục hồi các chi tiết quan trọng có độ mòn nhỏ để nhằm nâng cao độ chống mòn - rỉ, trang trí.
– Quá trình mạ crôm được thực hiện từ dung dịch điện phân anhidrit
crôm (150 ÷ 250g CrO3 trong 1 lít nước của axít crômic mạnh) sự điện phân được thực hiện với các dương cực chì không hòa tan
3 Mạ niken:
– Mạ niken được dùng để tạo lớp phủ chống ăn mòn, gỉ và để trang trí,
chất điện ly thường dùng để mạ niken là:Sun phát niken ngậm nước (NiSO4.7H2O)
– Chất điện phân niken rất nhạy cảm đối với các tạp chất kim loại và
nồng độ pH Nếu trong chất điện phân có lẫn sắt, đồng kẽm hoặc chì thì lớp mạ sẽ kém chất lượng, có thể bị tróc nứt
Trang 194 Mạ kẽm:
– Kẽm có điện thế âm rất cao nên có tác dụng bảo vệ cho kim loại
gốc khỏi bị ăn mòn điện hóa, lớp kẽm bị ăn mòn trước, kim loại gốc được bảo vệ Lớp mạ càng dày thời gian phục vụ của chi tiết càng dài
– Mạ kẽm cũng có thể thực hiện bằng phương pháp nóng: nhúng
chi tiết đã được chuẩn bị trước vào kẽm nóng chảy Phương pháp này tiêu hao lượng kẽm lớn và lớp mạ không bằng phẳng.
5 Tráng thiếc:
– Tráng thiếc nhằm mục đích bảo vệ chi tiết hoạt động trong môi
trường điện hóa khỏi bị ăn mòn, cũng như khi tráng babít cho các ổ đỡ người ta tiến hành tráng trước 1 lớp thiếc.
– Tráng thiếc có thể thực hiện bằng phương pháp nóng hay
phương pháp mạ điện phân Mạ điện phân tốt hơn vì nó tiết kiệm được nguyên liệu, nhất là khi mạ những chi tiết phức tạp, Mặt khác lớp mạ không bị xốp.
Trang 20• Ưu điểm:
– Mạ được lớp kim loại rất mỏng
– Có thể mạ bất cứ kim loại nào (chỉ cần điều kiện kim loại mạ và
kim loại cấu tạo nên chi tiết có vị trí phù hợp trong dãy điện hóa học)
– Tiết kiệm kim loại
– Lực liên kết giữa kim loại mạ và kim loại gốc là rất lớn do đây là
mối liên kết ion.
• Nhược điểm:
– Trước lúc mạ cần xử lý bề mặt chi tiết thật chính xác vì sau khi
mạ ít khi gia công lại
– Tốc độ mạ chậm
– Giá thành cao Việc tẩy rửa chi tiết cũng có thể áp dụng phương
pháp hóa học với dung dịch axit clohydric HCl 10% hoặc axit sunfuaric H2SO4 20 ÷ 40% trong thời gian 20 ÷ 30 phút
Trang 215 Phục hồi các chi tiết bằng gia công biến dạng
và biến dạng dẻo
các chi tiết của các thiết bị sẽ bị biến dạng quá giới hạn cho phép
phục hồi sửa chữa bằng các phương pháp
cơ học, nhiệt và cơ - nhiệt
thuộc vào đại lượng biến dạng, kích thước chi tiết và tính chất vật lý của kim loại chi tiết.
Trang 22• Sửa chữa bằng phương pháp cơ giới (uốn nguội):
• Chẳng hạn chi tiết trục có độ võng f0 được kiểm tra
nhờ các dụng cụ, thiết bị đo, sẽ được uốn về phía
ngược lại 1 lượng f1 nhờ thiết bị nén ép Đại lượng f1 phải lớn hơn f0 vì rằng sau khi thôi các lực sẽ
xuất hiện các lực biến dạng ngược lại do đàn hồi
của trục.
• Tuy nhiên các phương pháp tính toán hiện tại để xác
định đại lượng phải uốn f1 là rất khó khăn và không chính xác Vì vậy, quá trình nắn nên thực hiện nhiều lần để giảm dần độ võng của chi tiét.
• Sau khi sửa chữa uốn nguội cần phải ram chi tiết ở
nhiệt độ cao đốt nóng đến nhiệt độ từ 600 ÷ 6500C
để khử các ứng suất do nắn gây ra.
Trang 235.1 Phục hồi các chi tiết bằng gia công biến dạng
• Phương pháp nắn nhiệt:
• Phương pháp này đốt nóng các thành phần giới hạn của chi tiết
(của trục) từ phía lồi Nhờ kết quả đốt nóng phần kim loại ở đó được giãn nở ra, nhưng sự tác động ngược lại (chống lại) của các phần nguội bên cạnh và nó bị nén đàn hồi Ứng suất này gây ra những lực dọc trục có mômen ngược chiều với chiều cong của trục làm cho trục thẳng ra
• Thực nghiệm cho thấy rằng hiệu quả của việc sửa chữa theo
phương pháp này phụ thuộc vào mức độ cố định chặt các đầu trục; khi cố định cứng, độ cong được khắc phục nhanh hơn so với khi các đầu của trục để tự do (nhanh hơn 5 ÷ 10 lần) Nhiệt
độ tối ưu để đốt nóng đối với các chi tiết bằng thép là 750 ÷
8500C
• Phương pháp nhiệt - cơ học:
• Phương pháp này kết hợp của 2 phương pháp trên, được thực
hiê ên bằng cách đốt nóng đều đặn chi tiết theo toàn bộ tiết diện
bị biến dạng cùng với việc sửa chữa điều chỉnh tiếp theo do
Trang 24Biến dạng dẻo:
• Biến dạng dẻo là sự phân bố lại kim loại cho phép bổ sung kim
loại bị hao hụt ở các phần làm việc bị mòn của chi tiết
• Sự biến dạng này được thực hiện bằng các phương pháp sau:
bằng chồn, ép nén, nong, ấn lún, lăn khía nhám và bằng kéo dãn
Trang 255.2 Phục hồi các chi tiết bằng biến dạng dẻo
• Biến dạng dẻo:
• Chồn được thực hiện bằng ấn ép dẻo và được sử
dụng để biến đổi kích thước của chi tiết trong mặt phẳng vuông góc với đường tác dụng của lực Bằng phương pháp chồn có thể tăng đường kính ngoài của chi tiết hình trụ đặc hoặc rỗng, hoặc giảm
đường kính trong của chi tiết rỗng
Trang 26Việc nong (e) cho phép
tăng đường kính trong và
ngoài.
Trang 275.2 Phục hồi các chi tiết bằng cách chuyển sang kích thước sửa chữa
• Bản chất của phương pháp là gia công cơ khí, khắc
phục tất cả các khuyết tật bề mặt của một chi tiết, cũng như phục hồi hình dạng chi tiết từ một cặp tiếp xúc
– Ví dụ: Đường kính của chi tiết thứ nhất là xilanh, sau
khi tiến hành tiện, đường kính sẽ được tăng đến một trong những kích thước sửa chữa cụ thể Chi tiết thứ hai của mối liên hệ lắp ráp là piston
– Trong trường hợp này được thay bằng piston sửa
chữa được chế tạo theo kích thước sửa chữa tương ứng
– Sự lựa chọn các kích thước sửa chữa được quyết
định bởi các điều kiện sử dụng, cường độ mòn và
Trang 28thước sửa chữa
Nếu sau một thời gian giữa các lần sửa chữa, độ mòn của chi tiết trục (cổ trục) là i B mm Lượng dư gia công là δB , thì sau lần sửa chữa thứ nhất, đường
kính cổ trục sẽ là:
d 1 = d 0 - 2 (i n + δ B ) = d 0 - r
• d0- đường kính ban đầu của cổ trục (mm)
• d1- đường kính cổ trục sau khi tiện lần thứ nhất
(mm)
• r = 2(in + δB) - Phạm vi sửa chữa
Trang 295.2 Phục hồi các chi tiết bằng cách chuyển sang kích thước sửa chữa
• Đường kính cổ trục d 1 - được gọi là kích thước sửa chữa lần
thứ nhất của chi tiết đã cho Như vậy, tương ứng đối với bạc phải có đường kính nhỏ hơn một lượng r (điều này đạt được bằng cách thay thế bạc đỡ hay đúc lại bạc
Trang 30thước sửa chữa
• Khi sửa chữa lần thứ hai, đường kính cổ trục được
xác định theo công thức:
d2 = d1 - r = d0 - 2r
• Trong đó: d2- Kích thước sửa chữa lần thứ 2 của trục (mm).
• Trục có thể được tiện đến một đường kính nào đó
dK, đường kính này xác định theo các điều kiện độ bền Khi đó số lần sửa chữa n lớn nhất (n = nmax -
số lần chi tiết có thể được thực hiện sửa chữa trong thời gian sử dụng) sẽ là:
• Phương pháp phục hồi các chi tiết, bằng cách
chuyển sang kích thước sửa chữa (còn gọi là phương pháp tiêu chuẩn) được áp dụng khi sửa chữa động cơ đốt trong, các máy phụ, các thiết bị khác,
Trang 315.2 Phục hồi các chi tiết bằng cách chuyển sang kích thước sửa chữa
• Khi sửa chữa lần thứ hai, đường kính cổ trục được
xác định theo công thức:
Trong đó: d 2 - Kích thước sửa chữa lần thứ 2 của trục (mm).
• Trục có thể được tiện đến một đường kính nào đó
dK, đường kính này xác định theo các điều kiện độ bền Khi đó số lần sửa chữa n lớn nhất (n = nmax -
số lần chi tiết có thể được thực hiện sửa chữa trong thời gian sử dụng) sẽ là:
Trang 32thước sửa chữa
• Phương pháp phục hồi các chi tiết, bằng cách
chuyển sang kích thước sửa chữa (còn gọi là phương pháp tiêu chuẩn) được áp dụng khi sửa chữa động cơ đốt trong, các máy phụ, các thiết bị khác,