Эксплуатация. Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых пр. Лекция Особенности эксплуатации машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
5. Ремонт деталей полимерными покрытиями. Способ ремонта заключается в нанесении слоя полимерного материала на изношенную по- верхность детали. Существуют различные методы нанесения и выбор определяется природой по- лимера, его физическим состоянием при нанесении, толщиной покрытия, габаритными размерами и формой детали. При нанесении покрытий из расплавов полимеров применяют метод прессова- ния и литье под давлением. Прессование осуществляется на гидравлических или механических прессах. Для прессова- ния используют поршни из термореактивных полимеров. Основные параметры процесса прессо- вания – температура, давление и время выдержки. Литье под давлением применяется для нанесения покрытий из термопластичных материа- лов, которые при нагревании переходят сначала в пластическое, а затем в вязко-текучее состояние, а при охлаждении вновь в твердое. Ремонтируемую деталь очищают, обезжиривают, устанавли- вают в пресс-форму. Собранную пресс-форму вместе с деталью устанавливают на литьевой ма- шине, а гранулы полимерного материала засыпают в бункер литьевой машины. При формировании покрытий из растворов полимеров материал наносят распылением, окунанием, шпателем или центробежным способом. При использовании парниковых полимерных материалов применяют электростатический, струйный и вихревой способы нанесения. При электростатическом распылении на головку распы- лителя подается постоянный ток высокого напряжения (положительного знака). Частицы полиме- ра при прохождении через неѐ приобретают заряд и под действием электрического поля движутся к детали, заряженной отрицательным знаком и оседают на ней. Этот способ позволяет управлять процессом нанесения покрытия, что обеспечивает его автоматизацию. Сущность струйного напыления заключается в нанесении порошка на предварительно нагретую деталь из пневматического распылителя. Способ простой, производительный и позво- ляющий получать покрытие хорошего качества. 49 При вихревом нанесении деталь, нагретая выше температуры плавления полимера погру- жается в ванну, в которой порошок полимера находится во взвешенном состоянии. Частицы, со- прикасаясь с горячей деталью, оседают на ней, прилипают к поверхности. После удаления из ван- ны и дополнительного нагрева детали, прилипшие частицы полимера расплавляются и растекают- ся по поверхности, образуя ровное покрытие. Преимущества ремонта деталей полимерными покрытиями: Простота технологического процесса. Высокая химическая стойкость покрытия. Достаточно высокая износостойкость покрытия. Недостатки: Невысокая теплостойкость (не более 200-250 0 С) Небольшие допустимые удельные нагрузки. 50 Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НиГ промыслов. Лекция 10. 6. Ремонт деталей сваркой и наплавкой. Сваркой называется процесс неразъемного соединения деталей или их отдельных частей вследствие действия сил молекулярного сцепления. При сварке металлов, за исключением холод- ной сварки, производят местный нагрев соединяемых частей до перехода их в пластическое или расплавленное состояние. Металл шва должен обладать одинаковыми свойствами с основными металлом. Это определяет подбор присадочного материала и режима сварки. На ремпредприятиях нефтегазовой промышленности для ремонта стальных деталей в основном применяют ручную электродуговую и реже ручную газовую сварку. Оборудование, используемое при ремонте дета- лей сваркой, такое же как и при сварке новых деталей. Наплавка – процесс нанесения расплавленного металла необходимого состава не поверх- ность детали, нагретой до температуры плавления. Наплавку применяют для восстановления раз- меров детали и придания заданных свойств еѐ поверхности путем правильного выбора химическо- го состава и структуры наплавленного металла. Наплавка является разновидностью сварки. однако отличие в том, что при наплавке процесс используется для наращивания на основной металл слоя металла или сплава со свойствами, иногда отличающимися от свойств основного металла. В этой связи к процессу наплавки предъявляются следующие основные требования: 1) Доля основного металла (детали) в наплавленном слое должна быть минимальна. 2) Для сохранения прочности ремонтируемой детали процесс наплавки не должен изменять еѐ ис- ходного химического состава, структуры и напряженного состояния. 3) Наплавленный слой должен обладать достаточно высокой прочностью сцепления с основным металлом. На практике это решают путем соответствующего выбора технических режимов наплавки, стараясь обеспечить достаточную прочность соединения основного и наплавленного металлов и в то же время в минимальной степени изменить их исходное состояние. Виды наплавки: ручная и механизированная. Ручная – газовая, электродуговая, аргонно- дуговая. Механизированная – под слоем флюса, в среде защитных газов, вибродуговая, плазменно- дуговая, электрошлаковая, индукционная, наплавка трением. Наибольшее распространение получили ручная газовая и электродуговая наплавки, авто- матическая и полуавтоматическая наплавки электрической дугой под слоем флюса и вибродуговая наплавка. Выбор наплавляемого материала производят с учетом материала ремонтируемой детали, еѐ форм, размеров, технических требований, условий работы и применяемого вида наплавки. Ши- роко применяется стальная сварочная проволока. Углеродистая и легированная проволоки для восстановления размеров изношенных деталей. Высокохромистые – обеспечивают высокую изно- состойкость и коррозионную стойкость наплавленного слоя. Широко применяют наплавку перо- чинной проволокой при наплавке высоколегированных и высокоуглеродистых сплавов. Порош- ковые проволоки широко используют при наплавке в углеродистом газе и под слоем флюса. Для ручной газовой электродуговой наплавки используются металлические электроды. регулирование химического состава и свойств наплавленного слоя осуществляется через покрытие или через электродный стержень или комбинированным методом. Для предотвращения появления деформаций и трещин при наплавке применяют предварительный нагрев детали (200-400 0 С) и другие технологические приемы. 51 6.1 Ручная газовая сварка и наплавка. При ручной газовой сварке и наплавке расплавление основного и присадочного материала осуществляется теплом, выделяющимся в процессе сгорания газов (пропанбутановых смесей, аце- тилена и др.) в среде кислорода. Качество шва и наплавленного слоя в значительной степени зави- сит от состава присадочного материала. При сварке следует применять присадочные материалы близкие по химическому составу к материалу ремонтируемой детали. Для защиты металла шва от окисления, а так же для удаления окислов образующихся при сварке применяют флюсы в виде по- рошка или пасты. Нагрев основного и присадочного металлов при газовой наплавке легко регули- руется, что позволяет избежать нежелательного глубокого проплавления основного металла и смешивания его с наплавочным материалом. Толщина наплавляемого слоя обычно колеблется от 2,5 до 4 мм. К недостаткам газовой наплавки следует отнести неравномерность толщины наплав- ленного слоя. Сварка чугунных деталей является сложным процессом, что связано с большим содержани- ем углерода и кремния в чугуне, неоднородностью его структуры и чувствительностью к темпе- ратурным изменениям. Сварку деталей из чугуна производят с подогревом и без подогрева. При сварке с подогревом деталь нагревают до 650 - 700 0 С для предупреждения отбеливания чугуна и возникновения остаточных напряжений. При сварке вследствие выгорания углерода и кремния происходит отбеливание чугуна и для получения качественного сварного шва в присадочных ма- териалах должно быть 3 - 3,6 % углерода, 3 – 4 % кремния, 0,5 – 0,8 % марганца. Особенность сварки деталей из алюминия и его сплавов определяется их свойствами: 1) Низкой (600 0 С) температурой плавления и большой жидкотекучестью. 2) Высокой теплопроводностью. 3) Способностью окислятся на воздухе с образованием тугоплавкой окисной пленки с температурой плавления 2050 0 С. 4) Высокой растворимостью водорода в расплавленном алюминии, приводящей к пори- стости. Для борьбы с этими явлениями применяют специальные флюсы и технологии сварки. 6.2 Ручная электродуговая сварка и наплавка. При электродуговой сварке и наплавке источником тепла для расплавления металлов явля- ется электрическая сварочная дуга, возникающая между электродом и свариваемым металлом. ка- чество сварного шва и наплавленного слоя определяется диаметром электрода, характеристикой тока, маркой электрода, скоростью сварки, положением шва в пространстве. При ручной электродуговой сварке и наплавке чаще всего используются металлические электроды, представляющие собой металлический стержень со слоем покрытия, предназначенного для стабилизации дуги горения, защиты расплавленного металла от кислорода и азота воздуха, ле- гирования наплавленного металла. В состав электродных покрытий входят следующие компонен- ты: стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и связу- ющие. Электроды изготавливают Ø 1,6-12 мм и длиной 225 – 450 мм. В зависимости от химиче- ского состава ремонтируемой детали и требований предъявляемых к сварному шву или наплав- ленному слою. Для сварки и наплавки применяют типовые электроды определенного назначения. Для наплавки изношенных поверхностей применяют электроды обеспечивающие получение слоя необходимой твердости и высокой износостойкости. Диаметр электрода выбирается в зависимо- сти от толщины наплавляемого слоя и размеров шва. Величина сварочного тока выбирается в за- висимости от электрода: I СВ =(20+4d ЭЛ ) d ЭЛ I СВ – сварочный ток величина силы; d ЭЛ – диаметр электрода. Ручную электродуговую сварку и наплавку целесообразно применять при небольшом объ- еме работ, а также в трудоемких местах. К преимуществам ручной электродуговой сварки и наплавки относится простота и удобство процесса. 52 Недостатки – низкая производительность, низкая стабильность дуги и невысокое каче- ство. 6.3 Электрическая электродуговая наплавка под слоем флюса. При указанном виде наплавки электрическая дуга горит под слоем флюса, подаваемого в зону наплавки. В зоне горения дуги оплавляются поверхность детали, электрод и прилегающий слой флюса. Электродная проволока по мере оплавления автоматически подается в зону дуги од- новременно с флюсом. При плавлении флюса образуется газовая оболочка, защищающая расплав- ленный металл от взаимодействия с окружающим воздухом и выгорания легирующих элементов. Флюсовое покрытие способствует сохранению тепла дуги и препятствует разбрызгиванию жидко- го металла. Шлаковая корка, образующаяся при остывании, снижает скорость охлаждения наплав- ленного металла, что создает благоприятные условия для формирования шва. Этим способом можно наплавлять разные поверхности в несколько слоев. Толщина слоя наплавки практически не ограничена. Для питания дуги используется постоянный ток обратной полярности. Наплавку можно производить как на универсальном оборудовании так и на специализированных установ- ках. Для получения требуемых свойств наплавленного металла необходимо вводить в него леги- рующие элементы. Преимуществами автоматической наплавки под слоем флюса перед ручной электродуговой являются: 1) Высокая производительность процесса. 2) Высокое качество наплавленного слоя. 3) Возможность регулирования свойств наплавленного слоя. 4) Наличие закрытой дуги, что улучшает условия труда. 5) Лучшее использование эл. энергии и материала проволоки. Автоматическую наплавку целесообразно применять при ремонте большого числа одно- типных деталей, когда требуется наплавить значительный слой металла толщиной 5-40 мм. 6.4 Наплавка в среде защитных газов. При этом виде наплавки защитный газ, подаваемый в зону наплавки под избыточным дав- лением, изолирует сварочную дугу и плавильное пространство от кислорода и азота воздуха. наплавку углеродных, легированных сталей и чугуна производят в среде углекислого газа; для вы- соколегированных сталей применяют аргон. Для наплавки в среде защитных газов применяется серийное оборудование используется постоянный ток. Этот метод применяют, когда затруднена или невозможна подача флюса и удаление шлаковой корки, например при наплавке мелких дета- лей, внутренних поверхностей и деталей сложной формы. Преимущества: высокая производи- тельность и простота ведения и управления процессом. Недостатки6 сложность работы на откры- том воздухе из-за срыва струи углекислого газа под действием ветра и окислительная способность углекислого газа. 6.5 Вибродуговая наплавка. Автоматическая вибродуговая наплавка основана на использовании тепла кратковременной электрической дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим электродом и наплавляемой поверхностью. Отличительной особенностью этого вида наплавки является воз- можность получения наплавленного слоя малой толщины 0,3 – 0,25 мм, охлаждение поверхности наплавки в результате прерывистого характера процесса, что снижает нагрев детали и остаточные напряжения в ней. Качество наплавленного слоя во многом зависит от материала электродной проволоки, ко- торую выбирают в зависимости от требуемых механических свойств наплавленного слоя. автома- тическую вибродуговую наплавку применяют для наращивания изношенных наружных и внут- ренних цилиндрических поверхностей (шеек валов, штоков, замков бурильных труб и других де- талей). К преимуществам вибродуговой наплавки относятся: возможность получения тонких и 53 прочных покрытий, малая глубина зоны термического влияния, небольшой нагрев детали и не- значительное выгорание легирующих элементов электродной проволоки. 6.6 Наплавка металлов трением. Сущность процесса наплавки металлов трением заключается в плавлении наносимого ме- талла за счет теплоты трения и соединения его с деталью при повышенных температуре и давле- нии. Наносимый металл или сплав, в гранулированном состоянии, плавится в закрытом простран- стве за счет трения о наплавляемую деталь или специальный инструмент. Трение обеспечивается вращением наплавляемой детали или инструмента относительно массы наносимого сплава или металла. Основным условием для обеспечения плавления наносимого металла или сплава является изготовление инструмента (с помощью которого осуществляется трение) из материала с более вы- сокой температурой плавления по сравнению с температурой плавления наносимого материала. Во избежании прилипания металла или сплава к рабочей поверхности инструмента его изготавли- вают из соответствующего материала. Основные технологические параметры процесса наплавки трением – это окружная скорость и давление на поверхности трения. Величины этих параметров определяются физическими характеристиками основного и наплавляемого материалов, в особен- ности коэффициентом трения и температурой плавления материала, а также материала детали и инструмента. Оптимальные значения параметров V=2,5-6 м/с, Р=2-6 кг/мм 2 . наплавка трением от- личается от существующих методов наплавки полезным использованием теплового эффекта тре- ния, отсутствием расплавлением основного и перегрева наплавляемого металлов, отсутствием их перемешивания, образованием металлического соединения между жидким и твердым металлами в условиях всестороннего сжатия и возможностью эффективного использования отходов механиче- ской обработки. Преимущества: стабильность химического состава и сохранение исходных механических свойств в наплавленном слое; получение надежного соединения основного и наплавляемого ме- таллов возможность наплавки комбинированным составом для получения заданных свойств в наплавленном слое; высокая экономичность процесса. Недостатки: невозможность нанесения металлов более тугоплавких, чем основной металл; ограниченные размеры наплавляемых поверхностей; необходимость изготовления специальных приспособлений для наплавке деталей каждого типа. Процесс наплавки трением целесообразно применять для ремонта изношенных и изготовления биметаллических деталей, а также для по- верхностного упрочнения деталей. 7. Ремонт деталей металлизацией. Процесс металлизации заключается в нанесении расплавленного металла на специально подготовленную поверхность детали распылением его струѐй воздуха или газа. Частицы расплав- ленного металла, ударяясь о поверхность детали, заполняют предварительно созданные на по- верхности неровности, в результате чего происходит их механическое закрепление, а так же воз- никает молекулярное схватывание между наплавляемым и основным металлом. В результате за- калки, окисления и наклепа частиц напыляемого металла твердость материала покрытия повыша- ется. Различают газовую, электродуговую, высокочастотную, тигельную и плазменную металли- зацию. Напыляемый материал применяется в виде проволоки, ленты или порошка. Наибольшее применение на ремпредприятиях получила электродуговая металлизация. Две электрически изо- лированные друг от друга электродные проволоки, к которым подведен электрический ток, пере- мещаются механизмом подачи. При их пересечении возникает ток, и проволоки расплавляются. Струя сжатого воздуха распыляет расплавленный металл на мельчайшие частицы и при скорости 75-200 м/с они наносятся на подготовленную поверхность детали, создавая напыленный слой. Для электродуговой металлизации выпускают стационарные и ручные металлизаторы. Преимущество электрометаллизации – производительность. Недостатки: выгорание легирующих элементов, окисление напыляемого металла, низкие механические свойства напыляемого слоя и большие потери металла при напылении. 54 При газовой металлизации проволоку напыляемого металла расплавляют ацетиленокис- лородным пламенем, а распыление осуществляется сжатым воздухом или инертным газом. Газо- вая металлизация обеспечивает получение покрытий высокого качества из-за меньшего выгорания легирующих элементов. Недостаток : необходимость горючего газа, большая стоимость покры- тия. Газовая металлизация широко используется для напыления тугоплавких сплавов и металлов, например, титана. Одним из прогрессивных методов является плазменно-дуговая металлизация. При пропус- кании эл.тока большой плотности через газовую среду, находящуюся под повышенным давлени- ем, газ ионизируется. Наряду с положительно и отрицательно заряженными ионами в газе содер- жатся электроны и нейтральные атомы. Такое состояние вещества называется плазмой. Плазма обладает высокой электрической проводимостью и образует вокруг себя магнитное поле, которое заставляет частицы плазмы сжиматься и двигаться узким пучком. Плазменная струя служит ин- тенсивным источником тепла, температура еѐ достигает 15000 0 С. Схема плазменного металлизатора: между вольфрамовым электродом и соплом горелки со- здается дуговой разряд, в зону дуги подается инертный газ, который ионизируясь выходит из соп- ла виде плазменной струи. В зону плазменной струи непрерывно подается напыляемый материал, расплавленные частицы которого увлекаются плазменной струей и с высокой (900 м/с) скоростью напыляются на поверхность детали. Плазменная металлизация применяется для напыления тугоплавких металлов и соединений ( вольфрам, окиси алюминия, карбиды, бориды и т.д. ). Преимущества: предотвращается окисление напыляемых металлов; процесс производите- лен; достигается прочное сцепление напыляемого слоя с металлом детали. Недостатки: высокая хрупкость напыленного слоя. После металлизации производят механическую и термическую обработку детали для полу- чения необходимых параметров восстанавливаемой поверхности. |