CC BY
3530
TECHNICAL SCIENCE / «ШУУШШУМ-ЛШШаИ» #ЩШ2)), 2021
Д.А. Кардашов. -М.: Химия, 1989. - 464 с. 8. Притыкин, Л.М. Клеи и их применение в
7. Клеи и герметики / под. ред. Д.А. Кардашева электротехнике / Л.М. Притыкин, М.Г.Драновский, - М.: Химия, 1988. - 200 с. Х.Р.Паркшеян.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-136 с.
УДК 006.015.5
Кожемяченко А.В.
Доктор технических наук, профессор факультет техника и технологии ИСОиП (филиал) ДГТУ в г. Шахты Россия, г. Шахты Головачев А.В. студент магистратуры факультет техника и технологии ИСОиП (филиал) ДГТУ в г. Шахты Россия, г. Шахты Мишин А.Б. студент бакалавриата факультет техника и технологии ИСОиП (филиал) ДГТУ в г. Шахты Россия, г. Шахты DOI: 10.24412/2520-6990-2021-15102-30-33 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЛЕЕВ-ГЕРМЕТИКОВ ДЛЯ РЕМОНТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, УЗЛОВ МАШИН, АГРЕГАТОВ И ТРУБОПРОВОДОВ
Kozhemiachenko A. V.
Doctor of technical Sciences, Professor faculty of engineering and technology Isop (branch) of DSTU in Shakhty Russia, Shakhty Golovachev A. V. graduate student Faculty of Engineering and Technology ISOiP (branch) DSTU in Shakhty Russia, Shakhty Mishin A.B. the undergraduate student faculty of engineering and technology Isop (branch) of DSTU in Shakhty Russia, Shakhty
USE OF SEALANT ADHESIVES FOR REPAIR OF METAL PARTS, MACHINE UNITS, UNITS AND
PIPELINES
Аннотация.
В статье приведен обзор технологий использования полимерных клеевых композиций при восстановлении герметичности металлических деталей, узлов машин, агрегатов и трубопроводов. Abstract.
The article provides an overview of technologies for using polymer adhesive compositions in restoring the tightness of metal parts, machine components, units and pipelines.
Ключевые слова: узел; агрегат; машина; трубопровод; герметичность; восстановление; ремонт; полимер; клей.
Keywords: node; unit; a car; pipeline; tightness; recovery; repairs; polymer; glue.
Клеи-герметики находят все большее применение в технологиях ремонтного производства для восстановления герметичности металлических деталей, узлов машин, агрегатов и трубопроводов [13].
При ремонте автомобилей значительное количество корпусных металлических деталей, таких как блоки и головки блоков цилиндров двигателей, картеры двигателей коробки передач, муфты сцепления и ведущих мостов, корпуса коробки передач, водяного и масляного насоса, карбюратора и т.п. отправляли на переплавку из-за имеющихся на этих деталях
трещин длиной до 10 см и шириной от нескольких сотых до 2 мм, пробоин и других дефектов, т.к. ремонт толстостенных деталей с помощью сварки вызывает ряд технологических затруднений и требует наличия сложного оборудования. В настоящее время широко используется технологический процесс ремонта ряда деталей двигателя автомобиля, с применением клеевых композиций на основе эпоксидной смолы [4-7]. Для восстановления герметичности металлических деталей рекомендуют использовать клеевую композицию, имеющую состав, приведенный в табл. 1.1 [1;4].
«ШУШМИМ-ЛШИПШУ» 202 / TECHNICAL SCIENCE
31
Таблица 1.1.
Состав клеевой композиции, предназначенной для восстановления герметичности металлических
деталей
Наименование компонента Назначение компонента Кол-во, масс. ч.
Эпоксидная смола ЭД-20, ЭД-16 Дибутилфталат (ДБФ) Графитовый, чугунный или алюминиевый порошок Слюдяная пыль Полиэтиленполиамин Клеевая основа Пластификатор Наполнитель Наполнитель Отвердитель 100 20 50 40 10
Исследования показали, что клеевая композиция данного состава в затвердевшем состоянии по некоторым механическим свойствам не уступает металлам. Так предел прочности при сжатии у алюминия - 100 МПа, у затвердевшей смолы (без добавок) - 130 МПа, у клеевой композиции - 130 - 150 МПа.
При ремонте трещину сначала механически обрабатывают так, чтобы она стала глубже и шире, по длине трещины снимают фаску на глубину 2-3 мм под углом 60-70°, затем на концах трещины сверлят отверстия диаметром 2-3 мм. После этого
Таблица 1.2.
Продолжительность отверждения эпоксидных клеевых композиций на основе эпоксидной смолы
поверхность металла вокруг трещины механически зачищают до металлического блеска, обезжиривают растворителем и заполняют трещину (лучше всего под давлением) эпоксидной композицией, наполненной стальным или чугунным порошком. Сверху на трещину накладывают 2-4 слоя стеклоткани, пропитанной эпоксидной клеевой композицией (в зависимости от величины трещины). Время отверждения клеевой композиции различно и зависит от температуры, а также типа отвердителя (табл. 1.2) [1;8].
Температура, оС Тип отвердителя и продолжительность отверждения, ч
Полиэтиленполиамин Гексаметилендиамин АФ-2
20 72 96 72
40 25 30 20
60 5 6 4
80 4 4 3
100 2 2 2
Отверждение клеевых композиций, в которых используются приведенные в табл. 1.2 отвердители, лучше проводить по ступенчатому режиму: при 20 оС - 1 сут, при 60 оС - 4 ч., при 100 оС - 1 ч. Если нет электрического сушильного шкафа, отверждение проводят при температуре окружающей среды не ниже 15 оС в течение 5 сут. Существуют и другие способы восстановления блоков автомобильных моторов с помощью клеев [7;8].
На водном транспорте эпоксидный клей УП-5-177 применяют для ремонта металлических и стек-лопластиковых судов. Данный клей позволяет производить склеивание под водой при температуре 5 оС и выше. Прочность при отрыве стальных деталей при склеивании под водой составляет 12 МПа, прочность при сдвиге соединений стеклопластика -11 МПа. Для соединений анодированного алюминиевого сплава при склеивании на воздухе составляет - при равномерном отрыве 24 МПа, при подводном склеивании - 19 МПа [1].
Водостойкий конструкционный клей ВАК способен отверждаться при повышенной влажности воздуха и под водой, кроме того, им можно склеивать необезжиренные поверхности. Клей готовят перед употреблением смешением 100 мас. ч. полиэфирной клеевой основы, 10 мас. ч. продукта АТЖ, 6-8 мас.ч. пероксида бензоила (или его 50%-ного раствора в дибутилфталате) и 0,5-1,0 мас. ч. диме-тиланилина. В зависимости от количества вводимого инициатора полимеризации (пероксида бензо-ила), жизнеспособность клея составляет 1-3 ч. Склеивание производят при 5 - 60 оС и давлении
0,02 МПа, расход клея 0,5 кг/м2, прочность при сдвиге соединений стали при склеивании под водой через 10 сут достигает 16 МПа, соединений стали со стеклопластиком при склеивании на воздухе - 30 МПа. [1].
В авиационном транспорте клеи-герметики используют при ремонте самолетов и вертолетов для восстановления целостности, и герметичности поврежденных трехслойных конструкций с сотовым заполнителем из металлической фольги или специальной полиамидной бумаги. Трехслойные конструкции используются в производстве рулей высоты и направления, панелей фюзеляжа, различных перегородок, деталей внутреннего интерьера и т.д. Ремонт подобной конструкции осуществляют с помощью модифицированного эпоксидного клея путем вклеивания в поврежденный участок предварительно изготовленной вставки из сотового заполнителя и наклеивания сверху слоя стеклоткани, пропитанной клеем, а затем обшивки из листового алюминия. Произведенный таким образом ремонт не влечет за собой снижения прочности и герметичности конструкции, снижает стоимость ремонта примерно в два раза [2;6].
В строительной промышленности эпоксидные клеи применяют для ремонта железобетонных фундаментов генераторов электростанций, а также других тяжелых машин и станков, треснувших от вибрации при их длительной эксплуатации или конструкций, пострадавших при землетрясениях, что позволяет отказаться от полной замены таких фун-
32
ТЕСНМСАЬ 8С1Е1ЧСЕ / «ШУУШУУМ-ЛШШаИ» #ЩШЖ)), Ж0Ж
даментов или конструкций. Эпоксидный клей закачивают в трещины под давлением с помощью предварительно вклеенных в них штуцеров. После отверждения образуется прочный и герметичный шов, способный выдерживать эксплуатационную нагрузку и вибрации. Подобный ремонт показал его большую экономическую эффективность и надежность эксплуатации отремонтированных конструкций [1;9].
В процессе эксплуатации в металлических трубопроводах могут образовываться трещины и свищи. Одновременно происходит ослабление сечения трубопроводов за счет коррозионного износа поверхности, имеющего вид каверн различной глубины и площади. Трещины и свищи в настоящее время устраняют в основном электросваркой или наложением хомутов с герметизирующими эластичными прокладками. Ослабленные кавернами сечения трубопроводов усиливают привариванием стальных заплат. Эти методы трудоемки, требуют тщательной подготовки, связанной с огнеопасностью проведения сварочных работ. Свойства эпоксидных клеевых композиций позволяют успешно использовать их при ремонте трубопроводов [10-21]. В состав эпоксидной композиции, предназначенной для ремонта трубопроводов входят: эпоксидный олигомер ЭД-20 или ЭД-16 - 100 мас. ч., пластификатор (дибутилфталат, жидкий тиокол, МГФ-9 и др.)
- 10-20 мас. ч., наполнители (пылевидный кварц, цемент, алюминиевая пудра, железный порошок и др.)
- 20-150 мас. ч., отвердитель (полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин) - 8 - 12 мас. ч.
На выбор способа ремонта трубопровода с применением клеевых композиций оказывают существенное влияние рабочее давление в трубопроводе; вид перекачиваемой среды, характер повреждения и окружающие условия. При утечке продукта из трубопроводов в результате небольших свищей и мелких трещин рекомендуется способ ремонта без предварительного опорожнения трубо-
провода [3;8]. На повреждения накладывают небольшую резиновую прокладку, которую прижимают металлической накладкой с помощью хомута. После прекращения течи продукта из-под прокладки поверхность металла зачищают и обезжиривают, затем под край накладки заводят уплотни-тельный резиновый шнур, предохраняющий клеевой состав от утечки из-под накладки. Под накладкой образуется кольцевое пространство, в которое через штуцер подается под давлением эпоксидный клей. После заполнения кольцевого пространства клеем на штуцер навинчивают заглушку и дают выдержку 24 часа при комнатной температуре или 3 часа при 60оС.
Значительно проще процесс ремонта сквозного повреждения трубопровода с опорожнением его от перекачиваемого продукта. После осмотра поврежденного участка трубопровода выбирают технологию его ремонта. Края трещин сверлят на всю толщину металла (во избежание развития трещин после ремонта) сверлами, диаметр которых соответствует толщине металла трубопровода (обычно 3-4 мм). Ремонтируемую поверхность тщательно очищают от ржавчины металлическими щетками или абразивным инструментом. Размер очищаемого участка должен перекрывать на 50 - 60 мм дефектное место. Затем поврежденный участок обезжиривают ветошью, смоченной бензином-растворителем. Незначительные дефекты, небольшие трещины и мелкие сквозные коррозионные свищи на трубопроводах, работающих под давлением до 1,6 МПа, устраняют путем послойного нанесения на ремонтируемую поверхность эпоксидного клея и армирующего материала (стеклоткань или капроновая ткань). Количество армирующих слоев определяют из расчета один слой на давление 0,3 МПа. Для ремонта металлических и асбоцементных трубопроводов низкого давления используют эпоксидную клеевую композицию состава, приведенного в табл. 1.3 [3]. Отверждение клея проводят без нагревания в течение трех суток.
Таблица 1.3.
Состав клеевой композиции для ремонта трубопроводов низкого давления
Наименование компонента Количество, мас. ч.
Для металла Для асбоцемента
Эпоксидная смола 100 100
Диоксид титана 50 -
ДБФ 10 10
Гексаметилендиамин 10 15
Песок мелкозернистый - 40
Если давление в трубопроводе превышает 1,6 МПа, для герметизации используют металлический пластырь, имеющий толщину равную толщине металла трубопровода. После подготовки поверхности металла на поврежденное место наносят один или два слоя стеклоткани пропитанной клеем, накладывают пластырь и прижимают его к поверхности трубы с помощью хомута. Приклеенный пластырь в зависимости от условий работы (давления и вида перекачиваемой жидкости) может работать самостоятельно или с хомутом. Клеевой слой в последнем случае работает как герметизируюший материал в механическом уплотнении [8].
Трубопровод, сильно поврежденный коррозией вследствие воздействия блуждающих токов, ремонти-
руется следующим способом [3]. После снятия давления в трубопроводе, выявляют сквозные отверстия и забивают в них деревянные пробки, затем срезают выступающую часть пробок заподлицо с поверхностью трубы. После обработки поверхности трубы металлическими щетками и обезжиривания, проводят ее герметизацию путем наложения на отверстия пластырей из стеклоткани (2-3 слоя) и обматывания ремонтируемого участка трубы 3 слоями стеклоткани, пропитанной эпоксидным клеем. Отверждение клея проводят в течение 24 часов при температуре не ниже 20 оС. Ускорить отверждение можно путем подогрева ремонтируемого участка трубопровода горячим воздухом, мешками с горячим песком или электронагревателями. Отверждение клея при температуре 60 - 80 оС
«шушетим-лшигмау» 2021 / Technical science
33
происходит в течение 3-4 ч, при 80 - 100 оС - в течение 2 ч.
В ряде работ [3;8] приведены сведения о применении эпоксидных клеевых композиций для ремонта нефтепроводов и запорной арматуры, эксплуатирующихся в сложных условиях воздействия высокого давления и агрессивной среды. Показано, что наряду с удачными примерами использования клеев, наблюдаются случаи преждевременного выхода из строя восстановленного оборудования [3;6;8]. Отмечена необходимость предварительных исследований по выяснению условий эксплуатации оборудования, уровней нагрузки на герметизирую-
щие клеевые швы, разработке оптимальной рецептуры клея-герметика и конструкции клеевого герметизирующего устройства [3]. После проведения комплекса соответствующих исследований долговечность работы восстановленного оборудования соответствовала требуемому сроку.
Применение эпоксидных клеев-герметиков в сантехнике вместо обычных уплотнительных материалов экономит на рабочей силе 13,2 %, на стоимости материалов - 32 %, производительность труда при этом возрастает на 87,5 % . Заделка раковин и трещин может быть произведена компаундами холодного отверждения, составы которых приведены в табл. 1.4. [6].
Таблица 1.4.
Состав клеевых композиций холодного отверждения, применяемых для ремонта трубопроводов,
Для алюминиевого сплава Для медных сплавов Для черного литья
Наименование ком- Кол-во, мас. ч. Наименование ком- Кол-во, мас. Наименование ком- Кол-во, мас.
понента понента ч. понента ч.
Смола ЭД-16 100 Смола ЭД-16 100 Смола ЭД-16 100
ПЭПА 10 ПЭПА 10 ПЭПА 10
ДБФ 10-15 ДБФ 10-15 ДБФ 10-15
Алюминиевая пудра 25-30 Медный порошок До 90 Чугунный порошок До 70
Анализируя сведения по применению клеев для восстановления герметичности металлических деталей, агрегатов и трубопроводов, необходимо отметить, что в большинстве публикаций на данную тему не приведены сведения по исследованию долговечности работы отремонтированного оборудования. Указан лишь начальный уровень прочности и степень герметичности деталей или приведены результаты кратковременных испытаний. Приведенные в литературе описания клеевых способов восстановления герметичности зачастую носят эмпирический характер, сравнительно немного публикаций по научно обоснованному выбору или разработке клеев-герметиков, мало приведено сведений о систематических исследованиях по изучению факторов, обусловливающих долговременное сохранение герметичности восстановленных деталей и узлов, определению оптимальных конструктивно-технологических параметров клеевых уплотнений. В литературе описаны случаи разгерметизации отремонтированного оборудования, деталей и узлов ранее установленного срока службы [3].
Первые работы по применению клеев-гермети-ков для ремонта металлических деталей и узлов БМП [13;14] носили поисковый характер, в них отсутствовали исследования по разработке рецептур клеев-герметиков с заданными свойствами (использовались известные клеевые композиции), не проводились экспериментальные работы по определению оптимального конструктивного типа КГС для ремонта конкретных деталей БМП, расчету напряжений, возникающих при их эксплуатации, прогнозированию срока службы отремонтированных деталей и агрегатов.
Список литературы
1. Клеи и герметики / под. ред. Д.А. Кардашева - М.: Химия, 1988. - 200 с.
2. Кардашов, Д.А. Полимерные клеи. Создание и применение/ Д.А. Кардашов, А.П. Петрова. - М.: Химия, 1993. - 256 с.
3. Протасов, В.Н. Применение клеевых соединений при сооружении и ремонте технологических
трубопроводов / В.Н. Протасов, Я.М Кершембаум, А.И Алашев. - М.: ЦНИИГЭнефтехим, 1972. - 44 с.
4. Кардашев, Д.А. Синтетические клеи / Д.А Кардашев,. -3-е изд., - М.: Химия, 1976.-504 с.5.
5. Ковачич, Л. Склеивание металлов и пластмасс: пер.со словац. / Л. Ковачич, Под ред .А.С Фрейдина. - М.: Химия, 1985. - 240 с.
6. Кардашов, Д.А. Конструкционные клеи / Д.А. Кардашов. -М.: Химия, 1989. - 464 с.
7. Хрулев, В.И. Синтетические клеи и мастики / В.И. Хрулев. -М.: Высшая школа, 1970. - 272 с.
8. Турусов, Р.А. Напряженное состояние и особенности оценки прочности адгезионных соединений при сдвиге / Р.А. Турусов, К.Т. Вуба // Физика и химия обработки материалов. М.: - 1976. №5, С. 87-94.
9. Справочник по клеям и клеящим мастикам в строительстве / /Под ред. В.Г. Микульского и О.Л.Фиговского.-М.: Стройиздат, 1984.-240 с.
10. Тулинов, А.Б. Восстановление трубопроводов и оборудования в системах жизнеобеспечения композиционными материалами / А.Б. Тулинов, А.А. Корнеев // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2004. № 2. - С. 25-26.
11. Строганов, В.Ф. Технология соединения трубопроводов / В.Ф. Строганов, Д.Е. Страхов, И.В. Строганов, К.П. Алексеев // Клеи. Герметики. Технологии. М.: Наука и технологии.- 2005. № 4,-С. 18 - 20.
12. Тулинов, А.Б. Особенности создания композиций для аварийного ремонта / А.Б. Тулинов, А.А. Корнеев // Сборка в машиностроении, приборостроении.- 2004. № 9, - С. 34-36.
13. Копилович, Я.А. Применение эпоксидных смол для ремонта холодиль-ного оборудования / Я.А. Копилович // Холодильная техника. - 1967. - № 7, - С. 51 - 52.
14. Клеевой ремонт испарителей и конденсаторов электрохолодильников : Инф.листок БелНИИ НТИТЭИ Госплана БССР. Серия 198-10, 1973, № 376(29), 3 с.
