CC BY
99
Использование полимерных материалов
при ремонте машин и оборудования
В.И. Башкирцев, С.Н. Гладких, В.Ю. Бойков, А.А. Панин
Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина
Рыночные отношения практически искоренили такое понятие, как дефицит запасных частей. Именно это обстоятельство часто служило обоснованием для восстановления деталей, себестоимость изготовления которых ниже их восстановления. Поэтому в настоящее время наиболее востребованы технологии ремонта габаритных, сложных в изготовлении и демонтаже объектов. К ним относят корпусные детали, различные емкости и трубопроводы, замена которых, как правило, является трудоемким процессом. Рациональное использование физико-химических свойств полимерных материалов позволяет снизить трудоемкость ремонта машин и сократить при этом расход металлов, что обусловлено рядом обстоятельств:
технологии с использованием полимерных материалов не требуют сложного оборудования и высокой квалификации работающих;
применение полимерных материалов позволяет проводить ремонт без разборки узлов и агрегатов, а при необходимости и на работающем оборудовании;
использование полимерных материалов во многих случаях позволяет не только заменить сварку или наплавку, но и восстановить такие детали, которые ранее известными способами было трудоемко или опасно ремонтировать.
На основе многолетних научных исследований, проведенных в нашем университете, разработаны технологии ремонта машин и оборудования с использованием анаэробных и формообразующих полимерных материалов.
Анаэробные полимерные материалы представляют собой жидкости различной вязкости, способные длительное время оставаться в исходном состоянии без изменения свойств и быстро отвердевать в узких зазорах при 15...35 °С после прекращения контакта с кислородом воздуха с образованием прочного полимерного слоя.
Анаэробные полимерные материалы обладают высокой прочностью, терми-
ческой и химической стойкостью, обеспечивают работоспособность узлов и деталей при эксплуатации их в контакте с органическими растворителями, агрессивными средами при температуре от -50 до 150 °С и выдерживают давление до 60 МПа. Скорость отвердения и время достижения максимальной прочности соединений зависят от температуры окружающей среды. При температуре ниже 15 0С полимеризация замедляется. Благодаря высокой проникающей способности анаэробные полимерные материалы плотно заполняют трещины, микродефекты сварных швов, зазоры.
При выполнении ремонтных работ все большее применение находят клеящие полимерные составы, которые выполняют не только функцию клея. Типичные представители такого состава - композиции на основе эпоксидных смол, которые при отверждении способны не только склеивать между собой два или несколько элементов. Если подобные составы нанести на поверхность, то после отверждения получается конструкционный материал с определенными заранее характеристиками, который можно обрабатывать. Особенность использования таких материалов состоит в том, что им еще до отверждения можно задавать необходимую форму и размеры, что может полностью исключить их последующую обработку. Например, при необходимости получить резьбу в дереве заранее подготовленное отверстие заполняется одними из таких составов, затем в это отверстие вставляют болт с нужной резьбой, покрытой антиадге-зивом (например тонким слоем масла), и все это оставляют до полного отверждения. Выкрутив болт после отверждения состава, мы получаем необходимую резьбу. При этом состав не только приклеился, но и принял необходимую форму. Формообразующие клеевые материалы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства, особенно при выполнении ремонтных работ. Это обусловлено тем,
что составам можно задавать регулируемые в необходимых диапазонах свойства: упругость, вязкость, жесткость, прочность, теплостойкость, стабильность размеров; пониженные газо- и паропроницаемость; электро-, теплопроводность и т. д. Известно, что прочность клеевого соединения во многом определяется толщиной шва, соблюдение которой не простой вопрос, особенно при выполнении ремонтных работ. При использовании формообразующих клеевых материалов понятие «толщина клеевого» шва, можно сказать, вообще исчезает, поскольку этот параметр клеевого соединения практически ни на что не влияет. Это значительно упрощает процесс склеивания, так как нет необходимости в выравнивании и подгонке склеиваемых поверхностей.
Сегодня на рынке представлено большое количество полимерных материалов. Опыт их использования показывает, что в более благоприятных условиях оказываются те предприятия, которые ориентируются на отечественных производителей и поставщиков. Отечественные аналоги дешевле (иногда в десятки раз) импортных и вполне выполняют поставленные задачи.
Научно обоснованный выбор матрицы, отвердителя, наполнителя и других компонентов формообразующих клеевых составов придает составу необходимые свойства. Применение в качестве наполнителей порошков различных металлов приближает полимерный состав к их свойствам. Это позволяет использовать формообразующие составы для восполнения потерь металла от коррозионного, механического, абразивного и кавитационного изнашивания. Наполнение составов порошком графита или дисульфита молибдена придает составам антифрикционные свойства, необходимые при восстановлении пар трения, направляющих, штоков гидроцилиндров и т. д. Составы на основе силиката натрия выдерживают воздействие температур до 1100...1200 0С.
Разработанные нами технологии с использованием полимерных материалов позволяют производить следующие ремонтные работы.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
При ослаблении посадки на валу или в корпусе муфты, шестерни, крыльчатки, подшипника для ее восстановления в зависимости от величины износа можно применять высокопрочные анаэробные полимеры или формообразующие клеевые композиции.
При зазоре в соединении менее 0,27 мм используют высокопрочные анаэробные полимеры. Перед нанесением восстанавливаемую поверхность тщательно очищают. Окалину и ржавчину удаляют механическим путем. Обезжиривают поверхности с помощью ацетона, бензина.
Полимер при восстановлении неподвижных соединений наносят из капельницы флакона на всю наружную поверхность одной из деталей и соединяют узел. При больших габаритах деталей допускается нанесение состава на обе соединяемые поверхности. При выполнении работ необходимо следить за тем, чтобы полимер не попал на сепаратор и беговую дорожку подшипника.
Отвердение полимера происходит через 2 ч, максимальной прочности он достигает после 6 ч выдержки при температуре 18 °С.
Использование анаэробных полимеров позволяет значительно упростить замену изношенных подшипников скольжения (бронзовых втулок). При этом втулка вытачивается под необходимый размер на токарном станке, а затем вклеивается в посадочное место.
Применение высокопрочных анаэробных полимеров предусматривает демонтаж соединения с использованием съемников. Нагрев выше 3000 С значительно снижает прочность клеевого соединения.
При зазоре более 0,27 мм применяют высокопрочные формообразующие клеевые материалы.
Опыт восстановления посадочных мест подшипников качения полимерами говорит о благоприятном воздействии полимерного слоя на подшипник качения, которые работают больше расчетного значения.
Это объясняется тем, что при наличии полимерного покрытия нагрузка на обойму, а следовательно, и на тела качения распределяется более равномерно, увеличивается зона нагружения подшипника и снижается контактное давление на рабочих поверхностях деталей подшипника. Полимерная прослойка также исключает коррозию, что имеет место в посадочных местах подшипников качения.
При соединении деталей с износом, который может оказать влияние на соосность деталей, необходимы операции по обеспечению соосности.
Для этого можно применять центрирующие вкладыши (рис.1), которые изготовляют из мягкого листового металла или мягкой проволоки. Перед нанесением на изношенную поверхность полимера необходимо отцентрировать
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
сопрягаемые детали, используя вкладыши.
При восстановлении партии одинаковых деталей целесообразно использовать специально изготовленные оправки (рис.2). Например, для обеспечения центровки подшипника относительно оси вращения вала необходимо, чтобы оправка опиралась на одну из неизношенных поверхностей вала.
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ТРЕЩИН В КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЯХ
На рис. 3,а показана трещина, соединяющая масляную магистраль и систему охлаждения блока двигателя внутреннего сгорания, трещина проходит через резьбовое отверстие. Ни один из общепринятых способов не подходит для устранения подобного дефекта, и такой блок выбраковывается. Применение полимерных материалов позволяет устранить дефект без полной разборки и демонтажа двигателя. Технология заключается в одновременном использовании двух марок анаэробных полимеров разной вязкости.
Трещину обезжиривают («проливают») ацетоном или бензином, продувают сжатым воздухом и сушат. После этого трещину пропитывают гермети-ком, обладающим повышенной проникающей способностью. После часовой выдержки при комнатной температуре трещину повторно пропитывают герме-тиком повышенной вязкости, который отверждается в зазорах до 0,2 мм.
При герметизации наружных трещин, у которых имеется свободный доступ к началу и концу (рис. 3, б), используется следующая технология. Для предотвращения дальнейшего распространения трещины концы ее рассверливают под резьбу М6 и в подготовленное отверстие вворачивают заглушку с нанесенным на резьбу высокопрочным анаэробным полимером. При герметизации длинных трещин для большей жесткости детали и устранения перемещений между изломами трещин можно дополнительно вдоль трещины просверлить несколько аналогичных отверстий под резьбу с последующей установкой резьбовых заглушек на высокопрочном герметике. Трещину обезжиривают ацетоном или растворителем и продувают сжатым воздухом с последующей сушкой.
Деталь необходимо установить таким образом, чтобы трещина располагалась горизонтально, и несколько раз из капельницы флакона нанести менее вязкий и обладающий повышенной проникающей способностью полимер. Выдержать блок в этом положении в
Полимер
Центрирующие вкладыши
Муфта Вал
Рис. 1. Центрирование муфты вкладышами
"I А
"ч. Центрирующая втулка
Рис. 2. Центрирование подшипника относительно вала с помощью оправки: А - несимметрично изношенное посадочное место под подшипник; В - неизношенные части вала
Рис. 3. Герметизация трещин в корпусной детали: а - трещины, соединяющие масляную магистраль и систему охлаждения; б - боковой трещины
течение часа. Затем повторно нанести полимер повышенной вязкости и выдержать блок в этом положении в течение 3-5 ч.
При использовании различных приспособлений также возможно заполнение вертикальных и потолочных трещин.
ФИКСАЦИЯ СОРВАННЫХ ШПИЛЕК
В процессе эксплуатации резьба изнашивается. Если она изношена на болте, гайке или шпильке, то вместо этих деталей ставят новые. Куда сложнее, если резьба повреждена в корпусной детали. Последние часто выполнены из малопрочных легких сплавов, поэтому и резьба в них срывается чаще, чем в деталях из стали или чугуна. Кроме того, быстрее изнашиваются часто разбираемые резьбовые соединения. Это происходит из-за перекосов болта и гайки при сборке, а также из-за попадания загрязнений. Шпильки, как правило, вначале выкручиваются, а затем не выдерживают усилия затяжки и выходят из резьбового отверстия вместе с остатками сорванной резьбы, создавая немалые проблемы.
Труба Муфта Полимер
Рис. 4. Соединение труб с применением полимеров
......■ .,...
/
Поврежденная труба
Рис. 5. Герметизация безнапорных трубопроводов
1 2 3
Рис. 6. Герметизация трубопроводов, работающих под давлением: 1 - трубопровод; 2 - формообразующий клеевой состав; 3 - жесткая накладка
Полноценное восстановление сорванной резьбы - непростая задача, которая под силу только специализированным мастерским. Однако использование как импортных, так и отечественных, специально разработанных для этих целей высокопрочных анаэробных полимеров, позволяет с достаточной прочностью зафиксировать шпильку в корпусе.
Технология фиксации шпильки заключается в обычных для клеевого соединения операциях. Отверстие под шпильку необходимо освободить от остатков сорванной резьбы и убедиться, что шпилька сможет зайти в подготовленное отверстие не менее чем на 4 ее диаметра (для резьбы М3 - на 12 мм, для М4 - на 16 мм, для М5 - на 20 мм и т. д.). В противном случае надо рассверлить отверстие до необходимой глубины. Затем отверстие и резьбовую часть шпильки обезжиривают ацетоном или бензином и сушат. Полимер удобнее наносить на шпильку, распределив его по всей площади склеивания. После этого шпильку вставляют в отверстие и оставляют до отверждения полимера.
Диапазон температур эксплуатации анаэробного полимера от -40 до 150 ° С, что позволяет использовать его в большой номенклатуре восстанавливаемых деталей. Однако следует напомнить, что подбор клея зависит от многих факторов и подбирается индивидуально для каждого соединения. Поэтому предлагаемый способ может успешно применяться при срыве резьбы, например для крепления различных крышек и других не нагруженных деталей. Использование клея для фиксации шпилек, испытывающих большие нагрузки и высокие температуры, рискован, так как полимер может не выдержать.
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ И ФИКСАЦИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Для фиксации и одновременной герметизации резьбовых соединений применяют как слабопрочные, так и высокопрочные анаэробные полимеры. Это простой и надежный способ придания резьбовым соединениям устойчивости к действию вибрации, ударных нагрузок и коррозии. Полностью заполняя пространство между витками резьбы, полимер способствует равномерному распределению нагрузки.
Уплотнения с использованием полимерных материалов выдерживают давление газов до 30-40, жидкостей - до 60 МПа и вибрацию.
Подбор полимера зависит от диаметра и вида резьбы. При герметизации трубных резьб желательно ис-
пользовать малопрочные полимеры, так как применение для этих целей высокопрочных полимеров может создать проблемы при их разборке. Если при разборке возможно нагреть соединение выше 3000С, то применяют и высокопрочные полимеры.
СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ
Использование полимерных материалов позволяет соединять трубы без сварки и резьбы. Для этого вытачивают или подбирают из трубы большего или меньшего диаметра соединительную муфту (рис. 4). Подбор полимера зависит от зазора в соединении между муфтой и трубой. Если он менее 0,4 мм на сторону, то применяют анаэробные полимеры, если более 0,4 мм - формообразующие составы.
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ ТРУБ
Герметизацию поврежденных, как правило, коррозией, труб можно проводить формообразующими полимерными составами, как с использованием прослоек стеклоткани (рис. 5), так и без стеклоткани. Стеклоткань необходима для армирования полимера и придания ему нужной формы. Однако следует отметить, что такой способ герметизации можно использовать для трубопроводов, не испытывающих давления: трубопроводы системы канализации. Для трубопроводов, работающих под давлением (тормозные системы, система впрыска топлива), подобный способ не пригоден. Из-за разной жесткости материалов трубопровода и полимера клеевой шов соединения будет работать в условиях, близких к отдиру. Для герметизации трубопроводов, находящихся под давлением, необходима жесткая накладка (рис. 6), которая равномерно распределит возникающие в клеевом шве напряжения. В этом случае шов будет работать в самых благоприятных условиях.
Приведенный перечень технологических рекомендаций по использованию полимеров является типовым, на основе которых могут быть разработаны и другие технологии с учетом места возникновения неисправности, имеющихся средств для ее устранения и времени.
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Использование высокотемпературных формообразующих составов, например «Термолит», позволяет герметизировать трубопроводы и другие детали, функционирующие в условиях повышенных температур (до 900 °С).
