Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Renovace funkčních ploch rotačních součástí Diplomová práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Vlastimil Chrást, CSc. Brno 2010
Vypracoval: Bc. Petr Kadaňka
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „ Renovace funkčních ploch rotačních součástí“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
V Rosicích, dne………………………… Podpis diplomanta………………………
PODĚKOVÁNÍ Rád bych touto cestou poděkoval především vedoucímu mé diplomové práce doc. Ing. Vlastimilu Chrástovi, CSc. za konzultace, rady a připomínky. Dále Ing. F. Mejzlíkovi z firmy AGM- Agromotor, s.r.o. za jeho obětovaný čas a vstřícný přístup k materiálům a informacím.
ANOTACE V této diplomové práci se zabývám tématem „Renovace funkčních ploch rotačních součástí“. Popisuji obecné zásady renovací strojních součástí, základní pojmy a definice. Zároveň zde uvádím používané metody pro renovační účely rotačních součástí. V praktické části jsem se zabýval zkouškou tvrdosti vačkové hřídele a posouzením renovace z hlediska kvality. Závěrem je vyhodnocení dané metody renovace z technicky – ekonomického hlediska. Práce je doplněna obrázkovou dokumentací.
Klíčová slova: Renovace, přídavný materiál, strojní součást, vačková hřídel, svařování, navařování, technologie, termický nástřik, povlak.
ANNOTATION In this Diploma-work I occupy myself with the theme “Renovation of Function Worksurface of Rotating Parts”. I describe general principles of renovation of machine elements, basic concepts and definitions. At the same time I present here the methods used at renovation intents of parts. In practical paragraphs I occupied myself with hardness testing of a camshaft and with passing judgement on renovation from the viewpoint of its quality. The conclusion is the evaluation of the used renovation method from technical-economic point of view. The work is brightened up with picture documents. Key words: Renovation, additional material, machine parts, camshaft, welding, welding-up, technology, heat spraying, coating.
OBSAH 1 ÚVOD ..................................................................................................................................... 8 1.1 Cíl práce ............................................................................................................................ 8 2 TEORETICKÉ ZÁKLADY RENOVACE ............................................................................. 9 2.1 Základní pojmy a definice .............................................................................................. 11 2.2 Modernizace a zpevňování součásti................................................................................ 12 2.3 Strategie renovace součástí ............................................................................................. 12 2.3.1 Podstata optimalizace renovace strojních součástí................................................... 13 2.3.2 Uplatnění efetivnosti renovace ................................................................................. 14 2.4 Dokumentace renovačního procesu ................................................................................ 15 3 ZPŮSOBY RENOVACE FUNKČNÍCH PLOCH ROTAČNÍCH SOUČÁSTÍ................... 16 3.1 Renovace na opravné rozměry........................................................................................ 17 3.2 Renovace na původní rozměry........................................................................................ 19 3.2.1 Základní vlastnoti navařovaných funkčních ploch součástí ..................................... 19 4 METODY PRO NAVAŘOVÁNÍ FUNKČNÍCH PLOCH ROTAČNÍCH SOUČÁSTÍ...... 21 4.1 Navařování plamenem .................................................................................................... 21 4.2 Navařování elektrickým obloukem................................................................................. 22 4.2.1 Ruční navařování elektrickým obloukem (obalenou elektrodou MMA) ................. 22 4.2.2 Navařování metodou MIG/MAG ............................................................................. 24 4.2.3 Navařování pod tavidlem.......................................................................................... 28 4.2.4 Navařování metodou TIG......................................................................................... 29 4.2.5 Navařování plazmou................................................................................................. 32 4.2.6 Navařování laserem .................................................................................................. 34 5 ŽÁROVÉ NÁSTŘIKY ......................................................................................................... 36 5.1 Příprava základního materiálu ........................................................................................ 36 5.2 Přídavné materiály .......................................................................................................... 38 5.2.1 Rozdělení přídavných materiálů ............................................................................... 38 5.3 Metody žárových nástřiků............................................................................................... 40 5.3.1 Žárový nástřik plamenem ......................................................................................... 40 5.3.2 Žárový nástřik elektrickým obloukem...................................................................... 43 5.3.3 Žárový nástřik plazmou ............................................................................................ 43 5.3.4 Detonační žárový nástřik .......................................................................................... 45 6 GALVANIZACE .................................................................................................................. 46 6.1 Chromování..................................................................................................................... 46
6.2 Železení........................................................................................................................... 47 6.3 Niklování......................................................................................................................... 47 7 METODIKA PRÁCE............................................................................................................ 48 7.1 Materiál vačkové hřídele................................................................................................. 48 7.1.1 Cementování............................................................................................................. 48 7.2 Způsob hodnocení tvrdosti.............................................................................................. 49 7.3 Stanovení mikrotvrdosti.................................................................................................. 49 7.4 Příprava vzorků ............................................................................................................... 50 7.5 Výsledky ......................................................................................................................... 53 7.5.1 Výsledky tvrdosti a vlastností vačkové hřídele ........................................................ 53 7.5.2 Výsledky mikrotvrdosti ............................................................................................ 55 7.6 Možnosti využití metody v technické praxi.................................................................... 59 8 ZÁVĚR.................................................................................................................................. 59 9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY................................................................................... 61 10 SEZNAM OBRÁZKŮ ........................................................................................................ 63 11 SEZNAM TABULEK......................................................................................................... 64
1 ÚVOD Rozvoj výrobních technologií neustále postupuje. S rozvojem se neustále zvětšuje objem výroby, spotřeba energií a množství vstupních surovin do výroby. Následkem je zvětšující se produkce odpadů nejrůznějšího charakteru, popř. nebezpečnost odpadu. Tento následek není nijak opomenutelný, protože v přímé souvislosti má velký vliv na ekologické ohrožení planety a konečně na něj začíná být brán zřetel jako na další z důležitých faktorů ve výrobě nejen strojních součástí, ale většiny dnes vyráběných produktů. S tím souvisí i současný trend, kdy se upouští od využívání převážně prvotních surovin a kde se hledají racionálnější a šetrnější řešení při výběru vstupního materiálu do výroby. Ekologie při výrobních operacích je současně navrhována s ekonomickým hlediskem a to ve smyslu udržování dobrého technického stavu strojů a zařízení.To vše vede k hospodárnosti provozu, prodloužení životnosti, snížení energetické náročnosti a šetrnosti k životnímu prostředí. Vhodně vypracované a dodržované postupy a intervaly plánu údržby jsou jedním z příkladů žádoucích povýrobních operací. Součástí technické údržby je jistě neopomenutelná renovace součástí, která v největší míře vede k úsporám použitých materiálů a energií. Od renovačních technologií se mimo jiné odvíjí i další odvětví činnosti jako je obchodní a servisní činnost strojírenských podniků působících v renovačním odvětví. Tato činnost může být součástí nabízených služeb některých podniků, ale dnes jde především o podniky, které nabízejí renovační činnost jako hlavní předmět jejich podnikání.
1.1 Cíl práce Cílem práce na téma „ Renovace funkčních ploch rotačních součástí “ je: -
Objasnění významu renovace a renovačních technologií
-
Přehled používaných současných metod pro renovaci a metod s renovací spojených
-
Navržení a experimentální ověření navržené metody renovace
-
Vyhodnocení navržené metody renovace z hlediska kvality
-
Technicko-ekonomické vyhodnocení metody renovace
-
Možnosti využití metody v technické praxi
8
2 TEORETICKÉ ZÁKLADY RENOVACE Technologie a s ní spojená technika pro renovace strojních součástí dosáhla v posledních desetiletích nejen velkých úspěchů, ale především velké pozornosti v rozvoji nejrůznějších metod renovací. Otázkám technologie renovací byla vždy věnována pozornost. Je třeba neopomíjet, že až 75 % nedostatků a s nimi spojených problémů ve výrobních operacích souvisí s nedostatky v technologii, popřípadě s nedodržováním technologických postupů a nedůslednosti jejich provedení. Pomocí renovačních technologií získáváme přinejmenším výhody jako jsou prodloužení životnosti strojů a zařízení, úspora finančních prostředků v oblasti nových náhradních dílů a významná je rovněž i rychlost prováděných oprav. Je třeba si uvědomit, že ztráty vzniklé opotřebením strojních součástí nejsou jen ztrátami z hlediska materiálního úbytku výrobku, součásti, popř. nástroje, ale představují hlavní ztráty ve funkčnosti celého strojního zařízení, což má přinejmenším za následek značnou finanční ztrátu při odstavení funkčního celku a následné výdaje na opravy. Poškozené strojní zařízení může představovat součást většího komplexu, kde by při nadměrném opotřebení důležité funkční části mohlo dojít k destrukci. Právě v takových případech jsou renovační technologie považovány za důležitý faktor hospodárnosti a efektivnosti provozuschopnosti strojního zařízení. Dnes již není hlavním cílem renovací pouze dosáhnout původních vlastností strojních součástí, ale je snaha dosáhnout lepších mechanických a fyzikálních vlastností materiálu, zvýšit užitnou hodnotu a prodloužit tak technický život součástí. Řada operací používaných při renovacích je totožná s výrobními operacemi,jakými jsou předúprava povrchu, obrábění na určitý rozměr, tepelné zpracování a jiné operace související se strojírenskou technologií. Poškození povrchových vrstev je hlavní příčinou vyřazování opotřebených součástí z provozu. Toto poškození povrchu lze předpokládat u přibližně 80 90% vyřazovaných strojních dílů. Efektivita renovací navařováním se pohybuje do cca 70% ceny nového náhradního dílu nebo nástroje. Závisí na řadě faktorů: ceně a dostupnosti nové součásti, pracnosti výroby, dostupnosti potřebných zařízení, rozsahu poškození, nutnosti dokončovacích operací a ceně přídavných materiálů [5, 6]. Dalším neoddělitelným faktorem efektivnosti renovační činnosti jsou náklady na provádění renovací. Na výši nákladů má vliv nejen zvolená technologie, ale i mechanizace a automatizace renovačního procesu [10]. Renovačních technologií je značné množství. Ve většině případů jsou založeny na technologii navařování, respektive svařování. Volba optimální technologie je závislá na znalosti jejích specifických vlastností a správném zvládnutí každé z nich stejně tak, jako je
9
při renovaci závislá na kvalitě a kvalifikaci pracovníků působících při renovačních procesech. K dalším rozhodujícím faktorům pro výběr vhodné renovační technologie a postupů patří: -
Velikost a tvar součástí
-
Množství naneseného kovu
-
Sériovost
-
Nutnost předehřevu
-
Vlastnosti základního materiálu
-
Požadavky na opracování
-
Deformace a tepelné působení na součást
-
Tepelně ovlivněná oblast
-
Způsoby namáhání
-
Pracovní prostředí
-
Výsledné vlastnosti součásti po renovaci
Mezi typické opotřebení strojních součástí patří [12, 13]: -
Lomy a praskliny různého tvaru a rozsahu
-
Otlačení povrchu
-
Opotřebení (adhezivní)
-
Vydrobení povrchu
-
Deformace různého charakteru
V praxi se vyskytuje převážně kombinace těchto druhů poškození strojních součástí. Některé strojní součásti však bývají vystaveny namáhavějším podmínkám jako jsou: - Časté a velice diferentní teplotní změny - Korozivní podmínky - Cyklické zatěžování - Přetěžování strojních součástí
10
2.1 Základní pojmy a definice Spolehlivost – je obecná komplexní vlastnost, spočívající ve schopnosti plnit požadované funkce při zachování stanovených provozních parametrů v daných mezích a v čase podle stanovených technických podmínek. Jako vlastnost komplexní může zahrnovat např. bezporuchovost, životnost, opravitelnost, skladovatelnost [5]. Bezporuchovost – je schopnost součásti plnit nepřetržitě požadované funkce po stanovenou dobu za stanovených podmínek. Při hodnocení bezporuchovosti lze součásti rozdělit do dvou skupin podle charakteru jejich poškozování [5]: -
Součásti, u nichž poškození plynule narůstá s dobou provozu (jedná se o narůstající opotřebení).
-
Součásti, u nichž má poškození náhlý charakter bez závislosti na době provozu (většinou jde o lomy a trhliny nebo o následky jiných poruch). Životnost – je schopnost součásti plnit požadované funkce až do dosažení mezního
stavu součásti [5]. Předpokladem při stanovování životnosti je dodržování stanoveného plánu oprav a údržby. Mezní stav součásti – je stav, ve kterém další použití je nebezpečné nebo neúčelné. Po dosažení tohoto stavu je možné provádět opravy a renovace podle ekonomického zhodnocení nákladovosti na tyto operace. Opravitelnost – je vlastnost ukazující vhodnost odstraňování vzniklých poruch součástí. Poškozené součásti můžeme rozdělit na: -
Součásti opravitelné, tj. takové, které se po vzniku poruchy renovují.
-
Součásti neopravitelné – vyřazují se. Skladovatelnost – je schopnost součásti zachovávat požadované vlastnosti a funkce
po určité době uskladnění v optimálních podmínkách. Technologičnost – je stav ukazující vhodnost a náročnost renovace. Bezpečnost – je vlastnost součásti plnit veškeré požadované funkce současně bez ohrožení bezpečnosti osob. Porucha – je stav, který vyznačuje ukončení provozuschopnosti stroje. Poruchy se dělí podle mnoha hledisek jako např. konstrukční, provozní, technologické, přirozené, nepřirozené, zjevné, skryté atd. Závada – je stav poškození součásti bez přerušení provozu stroje. Technický život součásti – celková doba provozu až do vzniku mezního stavu součásti.
11
2.2 Modernizace a zpevňování součásti Stejně jako u kompletních strojů se ve značné míře hovoří o „modernizaci“, je tomu analogicky i u strojních součástí . Modernizace zahrnuje požadavek na zlepšení vybraných vlastností oproti původním vlastnostem dosažených u nového stroje popř. součásti. Výhody modernizace spočívají především v možnosti snížení spotřeby náhradních dílů, potřeby oprav během technického života součásti, nižší náročnosti na spotřebu energií aj. V některých odborných pramenech se lze setkat s pojmem „zpevňování součástí“, který vyjadřuje vhodnou úpravu součástí pro zlepšení vlastností funkčních povrchů v daných podmínkách provozu. Tyto dva termíny lze považovat za významově velmi podobné a ve stejném smyslu mohou být zahrnuty pod pojem renovace.
2.3 Strategie renovace součástí V aplikaci na oblasti renovace lze pojem „strategie“ definovat jako stanovení optimálního okamžiku, rozsahu, a při větším sortimentu možností i jako volbu nejvhodnější technologie renovace (volbou renovační metody) [5]. Cíle výše uvedených optimalizačních problémů renovace včetně ekonomického hlediska lze hodnotit jako úroveň jakosti strojních součástí. Strategie renovace součástí řeší současně několik problémů [5]: -
Technicko - ekonomická efektivnost (analýza účelnosti renovace)
-
Optimalizace technického života nové i renovované součásti
-
Optimalizace ukazatele technického stavu pro obnovu (normativ diagnostického signálu)
Souhrnným ukazatelem strategie renovace je poměr celkového užitného efektu součástí k celkovým nákladům.
I=
E E = Nc Nv + N p
[-]
(1)
Nv ………….. náklady na výrobu Np ………….. náklady na používání nebo spotřebu
12
Jiným případem jsou strojní součásti, které nelze nahradit novým objektem v případě negativního ekonomického zhodnocení renovace. V takových případech se nezkoumá výše vynaloženého kapitálu a nahrazuje se hodnota užitného kapitálu dobou provozu t.
2.3.1 Podstata optimalizace renovace strojních součástí Podle použitých literárních pramenů je optimalizace v oblasti renovací důkladně propracovaná a využívá těchto principů a závěrů: a) Výrobní náklady Nv obecného objektu jsou aplikovány tzv. ve formě nákladů obnovy No, které se pro novou součást s jednorázovým použitím rovnají. [5] N o = N c + N v + N pd − N zu = N pr
[Kč]
(2)
Nc ….. cena (resp. výrobní náklady) nové součásti Nv .…..náklady na individuální výměnu – demontáž a montáž Npd ….náklady na dopravu a prostoje, spojené s individuální výměnou Nzu …..zůstatková cena součásti s jednorázovým použitím = ceně šrotu Npr …..redukovaná komplexní pořizovací cena (nákladová hodnota) uvažované součásti s
jednorázovým použitím
b) Náklady na provoz Np vyvolané změnami stavu funkčních ploch součástí zahrnují i rizika z havárie a jejich následků. Následkem je v první řadě snížení účinnosti a s ní související zhoršené vlastnosti strojních součástí (rostoucí spotřeba energie, klesající výkon, zhoršená kvalita produkovaných vlastností). Náklady na provoz Np narůstají progresivně s dobou provozu. c)
Při optimalizačním řešení je výhodné používat údaje o provozních nákladech Np
ve formě tzv. okamžitých jednotkových nákladů [1], které jsou dány vztahem v p (t ) =
dN p (t ) dt
[Kč.w-1]
(3)
Funkce vp(t) je v podstatě ekonomickým ekvivalentem jakéhokoliv fyzikálně - technického údaje o okamžité úrovni technického stavu zkoumaného prvku [1] . d) Jestliže u prvků různých charakterů a jiných kvalit vzájemně technologicky neodlučitelných zkoumáme náklady, přísluší nákladovým charakteristikám tzv. průměrný prvek. Nutno pracovat s průměrnou hodnotou, protože každý jednotlivý prvek a jeho náklady narůstají rozdílnou rychlostí. Důsledkem je, že u některých součástí není zdaleka dosaženo lokální minimum opotřebení, zatím co u některých je naopak tato hranice překročena. 13
Pokud by byly tyto principy pečlivě dodržovány, vedlo by to k dosažení optimálního stupně renovačních zásahů. Skutečnost ukazuje, že optimalizace při renovačních procesech je podceňována a metody hodnocení efektivnosti renovace jsou opomíjeny. Patří sem: a) Při posuzování nákladů na renovaci či nákup nového dílu nebývá uvažováno nad hodnocením jakosti dílu po renovaci a dílů nových. b) Dochází k zanedbávání nákladů na provoz posuzovaných strojních součástí před a po renovaci. Rozdílná úroveň jakosti použitých materiálů při renovačních operacích může změnit průběh i dosahované hodnoty základní komplexní spolehlivostní charakteristiky.
Při souhrnném hodnocení renovace funkčních ploch strojních součástí může dojít k těmto stavům [5]: a) Jednorázová renovace určité funkční plochy součásti renovační metodou s rozdílnými náklady a stejnou nebo rozdílnou úrovní jakosti v porovnání. b) Vícekrát opakovaná renovace stejnou metodou, kdy náklady i úroveň jakosti renovované funkční plochy jsou odlišné od nového prvku, ale vzájemně se neliší. c)
Vícekrát opakovaná renovace s postupně rozdílnými metodami a rozdílnými
náklady i úrovní jakosti v porovnání s novým prvkem, což je nejobecnější a nesložitější případ.
Výsledkem optimalizace renovace strojních součástí je nalezení minimální hodnoty průměrných nákladů na opravu za celkový technický život stroje nebo strojní součásti jako individuálního prvku celého souboru. Pro uvedení příkladu v technické praxi to mohou být čepy klikových hřídelí broušené na stanovený opravný rozměr několikrát za technický život nebo navařování čepů a následné broušení opět na opravný rozměr po dobu technického života. 2.3.2 Uplatnění efetivnosti renovace Výsledek renovačních technologií je účelný pouze tehdy, pokud je prokazatelné snížení průměrných nákladů a tím dochází k pozitivní ekonomické efektivnosti. Znalost ekonomického efektu z renovace součásti umožňuje řešit i problematiku nákladové hodnoty poškozeného prvku po dobu t před renovací. Rozvoj hromadné renovace s ohledem na pracovní, materiálové i energetické úspory vyžaduje mít k dispozici objektivní metodiku hodnocení její efektivnosti. Objektivní metodika hodnocení efektivnosti renovace umožňuje správně ocenit hospodářský význam
14
renovace, zabrání ztrátám buď z nesprávného vykonávání či zbytečném odmítnutí renovačního zásahu. Je prokázána nezbytnost životnostních experimentů u srovnávaných nových a renovovaných prvků. Dále je prokázáno, že u opakované renovace různě nákladnými a různě kvalitními metodami je účelné všechny postupné renovační zásahy vykonávat tak, aby byla dodržena stejná hodnota nákladů pro obnovu strojních součástí [5].
2.4 Dokumentace renovačního procesu Pro praktickou možnost výběru vhodné metody renovační technologie a přídavného materiálu je nutné mít k dispozici tyto následující informace a podklady [www.svarak.cz]: 1. Výkresovou dokumentaci dílce: −
základní materiál dílce
−
tepelné zpracování
−
velikost plochy určené k renovaci
−
jmenovitý rozměr
−
kvalita povrchu – drsnost (Ra, Rz )
2. Pracovní parametry dílce: −
materiál protikusu – třecí dvojice
−
velikost otáček
−
pracovní médium
−
pracovní teplota
−
způsob namáhání (statické/dynamické, dlouhodobé-creep)
3. Provedení kontrolního pevnostního výpočtu: povlak vytvořený na dílci není nosný, nosný je jenom zbývající průřez.
4. Rozsah a hloubka opotřebení: velikost poškození povrchu dílce.
15
Na základě těchto informací je možné stanovit [www.svarak.cz]: 1.
Metody technologie renovace (v případě většího poškození je možná i kombinace
renovačních metod). 2.
Typ přídavného materiálu (chemické složení, zrnitost).
3.
Konstrukční úpravu poškozeného povrchu dílce, tj. opracování poškozeného
povrchu pod následný přírustek přídavného materiálu (návar, resp. nástřik). 4.
Technologický postup operace provedení zvolené technologie.
5.
Konečné opracování součásti dle dodané výkresové dokumentace.
3 ZPŮSOBY RENOVACE FUNKČNÍCH PLOCH ROTAČNÍCH SOUČÁSTÍ Opotřebení strojních součástí probíhá především na jejich funkčních plochách, přitom se mohou některé funkční plochy renovovat, zatímco zbylé funkční plochy se naopak nesmí poškodit, což může při renovačních technologiích představovat určité komplikace při provádění dílčích operací. Jak již bylo dříve uvedeno, je základním posláním renovace vrátit součást znovu do provozu při pozitivním ekonomickém zhodnocení. Funkční plochy, které jsou vhodné k renovaci z hlediska technologického i ekonomického, lze rozdělit do několika základních skupin, pro něž je problematika renovace blízká a účelná : a) Vnější válcové plochy (funkční plochy ocelových čepů a hřídelů). b) Vnitřní válcové plochy (součásti s nalisovaným uložením, malé díry). c) Ostatní významné funkční plochy (drážky per a klínů, vačky, ozubení ozubených kol). Z uvedených skupin je nejvýznamnější renovace vnějších válcových ploch, která je současně nejvíce zastoupená v renovačních procesech. Možnosti a metody obnovování funkčnosti strojních součástí s rotačním pohybem budou osvětleny v dalších kapitolách této práce. Opotřebené součásti, u nichž došlo ke změně rozměrů, geometrického tvaru a jakosti povrchu, lze z hlediska rozměrů po renovaci renovovat dvěma základními způsoby [12]: a) renovace na opravné rozměry b) renovace na původní rozměry
16
3.1 Renovace na opravné rozměry Tato metoda renovace zahrnuje technologické úkony a operace, při nichž se u poškozených součástí dosáhne obnovení geometrického tvaru, jakosti povrchu i rozměrové tolerance, avšak tyto rozměry se od původních liší podle stanovených údajů opravných rozměrů. Mezi výhody této metody renovace řadíme její jednoduchost v závislosti na pouze jediném úkonu, kterým je mechanické obrobení povrchu poškozené součásti (v některých případech může vzniknout i požadavek na další přípravné operace jako je čištění, odmaštění či tepelná úprava před a po mechanickém zásahu renovace u cementovaných, kalených nebo nitridovaných součástí). S tím souvisí i poměrně nízké náklady na provedení tohoto druhu renovace. Ovšem tato metoda opravných rozměrů má i celou řadu nedostatků. Mezi nejhlavnější z nich patří: -
Složitost při výrobě nových součástí
-
Zmenšování příčného průřezu součásti (možný vznik lomů a trhlin)
3.1.1 Zásady stanovení opravných rozměrů Ve většině případů se využívá normalizace opravných rozměrů. Individuální případy opravných rozměrů jsou tak vyjímečné, že k nim není třeba přistupovat blíže. Normalizace opravných rozměrů přináší mnoho výhod jako jsou: -
zajištění principu vyměnitelnosti strojních součástí
-
pracnost i náklady na renovaci jsou nízké
-
renovaci lze vykonávat běžnými stroji pro obrábění širokého spektra ostaních výrobků
Součásti, které lze renovovat uvedeným způsobem, jsou při konstrukci a výrobě zhotovovány s takovými požadavky, aby pevnostní parametry zůstávaly i po zmenšení rozměrů při opravném obrábění na hodnotách pro bezpečný provoz. Dalším pozitivním faktorem při výrobě je zachování všech upínacích základen součásti pro ulehčení obrábění v opravnách. Použití této metody renovace je v nejširší míře využíváno pro opravy čepů hřídelů, kdy povrch čepu je nerovnoměrně opotřeben, tzv. ovalitost čepu, znázorněna na obr.1 spolu s původním rozměrem čepu a nejmenším možným opravným rozměrem udávaným vždy výrobcem.
17
Největší (nejmenší) možný opravný rozměr se určuje takto [www.agroweb.cz]: 1. Najde místo největšího opotřebení a v tomto místě se změří házení součásti. 2. Najde se místo, kde je největší házivost a v tomto místě se změří opotřebení. 3. Podle způsobu následujícího opracování se zvolí přídavek na opracování. 4.
Podle obr. 1 se určí nejbližší možný opravný rozměr d1 pro místo největšího opotřebení a
házivosti. 5. Z vypočtených opravných rozměrů se vybere menší, jde-li o opracování vnějších povrchů, nebo větší, jde-li o opracování vnitřních povrchů. Takto stanovený rozměr je největší (nejmenší) možný, na který je možno součást opracovat.
Obr. 1 Čep [1]
18
3.2 Renovace na původní rozměry Metody renovací strojních součástí na původní rozměry zahrnují širokou škálu renovačních způsobů. Základním principem všech dále uvedených metod je doplňování potřebného materiálu (přídavného materiálu) na opotřebené funkční plochy rotačních součástí s následným požadavkem na opracování na původní rozměrové i geometrické tvary těchto součástí. Kvalita funkčních ploch může být v některých případech renovace vyšší než kvalita v prvovýrobě. Většina metod renovací na původní rozměry vychází z technologií svařování, které se již za dobu vývoje značně odlišily. Znatelný je i vývoj a odlišnosti přídavných materiálů, které jsou vyvíjeny i pro konkrétní případy použití v průmyslu. 3.2.1 Základní vlastnoti navařovaných funkčních ploch součástí Na výsledné vlastnosti návaru má vliv celá řada činitelů, z nichž nejvýznamnějšími jsou [5]: a) změny vlastností a vznik vnitřních pnutí v tepelně ovlivněné oblasti – vznik vnitřního pnutí je ovlivňen mírou přivedeného tepla při navařování. Teplota ovlivněné oblasti se odvíjí od metalurgických vlastností základního materiálu, rychlosti odvodu (chlazení), rychlosti nanášení a celkové energie použité metody navařování. Rozložení teploty související se strukturními změnami nízkouhlíkové oceli tepelně ovlivněné oblasti návaru je znázorněno na obr. 2/a
Obr. 2 Strukturní změny oceli [1]
19
1. Oblast natavení základního materiálu s přídavným, projevující se pevnou a tekutou fází. Jedná se o oblast, která má rozhodující vliv na jakost navařeného materiálu. 2. Oblast přehřátí – následkem teplot (1100 – 1500 oC) dochází k růstu zrn. Tato oblast má nevyhovující vlatnosti jako je křehkost a nízká pevnost oproti ZM. 3. Oblast překrystalizace, popř. normalizace – velmi jemná struktura a tím i nejlepší plastické a pevnostní vlastnosti, teploty 900 – 1000 oC. 4. Oblast neúplné překrystalizace – zrna původní i zjemnělá z důvodu neúplné překrystalizace při teplotách 720 – 900 oC, neprobíhá téměř žádné ovlivnění ZM. 5. Oblast rekrystalizace nebo stárnutí – obnovení tvaru a rozměru deformovaných zrn, teploty v rozmezí 500 – 720 oC. 6. Oblast poklesu vrubové houževnatosti – teploty pod 500 oC U středněuhlíkových a nízkolegovaných materiálů (Obr. 2/b) jsou strukturně - fázové přeměny odlišné a jsou doprovázeny mimo oblasti natavení a oblast se strukturou základního materiálu také oblastmi zakalení, neúplného zakalení, popouštění. Velikost tepelně ovlivněné oblasti se liší, nejmenší zaznamenáváme u navařování laserovým paprskem, plazmou. Střední velikost se vyskytuje u navařování elektrickým obloukem a jasně největší tepelně ovlivněné oblasti vznikají při použití kyslíkoacetylénového plamene.
b) základní materiál, tj. materiál součásti, na který se navařuje Při navařování je nutno respektovat to, že vlastnosti a stav materiálu, z něhož byla opotřebená součást vyrobena, velikost a druh poškození povrchových vrstev, určených pro návar, jsou hodnoty dané, které nelze měnit [12]. V technologickém postupu navařování se na ně musí pamatovat a uplatnit taková opatření (předehřev, řízené chladnutí, následné tepelné zpracování), aby se zabránilo poškození součásti a jejího povrchu. Rozlišujeme navařování na: - uhlíkové oceli - slitinové oceli (výskyt dalších legujících prvků kromě základního uhlíku) - povrchově zušlechtěné oceli (cementované,povrchově kalené, nitridované) - jiné než ocelové povrchy (šedá litina, lehké slitiny, barevné kovy - málo časté renovace)
20
c) přídavný materiál Návarové materiály se vyrábějí podle požadavků na výsledné vlastnosti návarů hodících se pro nejrůznější součásti i pro nejrůznější provozní podmínky, ve ktrerých bude zachována jakost renovace. Návarové materiály lze rozdělit do těchto základních skupin [5]: - materiály martenzitického typu - materiály austenitického typu - materiály ledeburitického typu - materiály na bázi neželezných kovů (stelity) - materiály keramické (karbidy, boridy, oxidy a nitridy různých kovů) d) způsob a provedení navařování
4 METODY PRO NAVAŘOVÁNÍ FUNKČNÍCH PLOCH ROTAČNÍCH SOUČÁSTÍ Dále budou uvedeny metody využívající principy technologie svařování.
4.1 Navařování plamenem Zdrojem tepla při plamenovém svařování je chemická energie, která vznikne hořením směsi okysličujícího a hořlavého plynu. Parametry zdroje tepla, plamene, se řídí použitými plyny. U kyslíkoacetylenového plamene je maximální teplota 3150 °C, nejmenší plocha -2
2
3
-2
ohřevu 1.10 cm a hustota energie 5. 10 W.cm [6]. Hořlavých plynů používaných v technické praxi pro plamenové svařování je celá řada. Pro
svařování
má největší
význam
acetylén
pro
jeho
velmi
dobré vlastnosti.
Kyslíkoacetylenovým plamenem je možno navařovat prakticky všechny materiály [7, 6]. Není však účelné navařovat plamenem martenzitické nebo austenitické oceli. Tato metoda nezaručuje potřebný teplotní spád pro zakalení. Navařování plamenem se používá převážně na speciální aplikace [6] Tab. 1 Tabulka přebytku acetylenu ve směsi
Obr. 3. Plamen s přebytkem acetylénu [6, 7]
21
Plamen s přebytkem acetylenu (přebytek acetylenu 5 až 15 %) se používá pro navařování hliníku, hořčíku a jejich slitin, k navařování tvrdokovů a k cementování plamenem[6]. Při navařování plamenem ovlivňuje snad více než u ostatních metod navařování řemeslná zručnost obsluhy výsledky svařování. I v oblasti renovací je z důvodů vznikajících deformací a vnitřních pnutí nahrazováno svařování plamenem metodou svařování MIG/MAG[6].
4.2 Navařování elektrickým obloukem Elektrický oblouk je nízkonapěťový vysokotlaký výboj, který hoří v prostředí ionizovaného plynu. Dodáváme-li do oblouku dostatečné napětí potřebné pro ionizaci prostředí a proud udržující oblouk v ionizovaném plynu, oblouk stabilně hoří [2, 6]. Bodové tepelné zatížení a rychlost navařování je mnohem vyšší než u navařování plamenem. Tepelné zatížení způsobuje mnohem vyšší náchylnost k tvorbě trhlin (především u ocelí s obsahem C nad 0,3 %) [6].
4.2.1 Ruční navařování elektrickým obloukem (obalenou elektrodou MMA) Tato metoda konstrukčně vychází z metody ručního svařování obalenou elektrodou. Liší se především přídavnými materiály, kdy lze pomocí této metody velmi výhodně a levně legovat návar použitím vhodného přídavného materiálu – obalené elektrody. Obalené elektrody se skládají z jádra a obalu. Jádro tvoří drát o průměru 1,6 až 6mm. Podle složení obalu dělíme elektrody na stabilizační, rutilové, kyselé, bazické, celulózové [6,7]. Obal plní funkci[5]: a) plynotvornou – při hoření vznikají z obalu plyny a kouře, které brání přístupu kyslíku a dusíku ke svarové lázni. b) ionizační – slouží k usnadnění zapalování a hoření oblouku c) metalurgická – ke snížení obsahu fosforu a síry, desoxidace a legování Pro uchovávání elektrod se používají pouzdra, která zabraňují vnikání vlhkosti k elektrodám, popřípadě zajišťují jejich přímý předehřev.
Použitím poškozené či navlhlé
elektrody vznikají nekvalitní pórovité návary s nerovnoměrným složením. Návary se provádějí jako vícevrstvé pro rovnoměrné složení navařovaných vrstev při hoření krátkého oblouku stálé délky, čímž se sníží hodnota propalu legujících prvků, uhlíku a tepelných ztrát.
22
Krátký oblouk je v délce rovnající se průměru elektrody a hodnotě menší. Charakteristickým ukazatelem krátkého oblouku je menší rozstřik a větší hloubka závaru.
Obr. 4 Schéma ručního navařování obalovanou elektrodou [www.svarbazar.cz] Důležitým faktorem je eletrický proud použitý při navařovacích aplikacích, jeho rozsah se určuje podle průměru elektrody. Znázornění v následující tabulce Tab.3 Tab. 2 Tabulka volby elektrod podle tloušťky svařovaného materiálu [14]. Tloušťka svařovaného kovu, mm 0, 5 – 1, 0 1,0 – 2, 0 2, 0 – 5, 0 5, 0 – 10, 0 nad 10
Průměr elektrody, mm 1,0 – 1, 5 1, 5 – 2, 5 2, 5 – 4, 0 4, 0 – 6, 0 5, 0 – 8, 0
Tab. 3 Tabulka volby elektrod podle velikosti svařovacího proudu [14].
Průměr jádra elektrody, mm 1, 5 2, 0 2, 5 3, 15 4, 0 5, 0 6, 0 7, 0 8, 0
Velikost proudu, A 20 – 40 40 - 60 60 - 100 80 - 120 120 - 180 180 - 260 230 - 350 320 - 420 400 - 450
Navařování hřídelů a čepů se provádí dvěma způsoby. Prvním z nich je navařování podél osy strojní součásti tzv. podélným návarem. Druhý označujeme tzv. kruhovým návarem
23
- navařování po obvodu součásti, pro který je zapotřebí vhodný přípravek na pootáčení součásti kolem vlastní osy. Podélný návar způsobuje znatelně větší pokles meze pevnosti oproti návaru kruhovému. Navařování čeních ploch rotačních součásti se provádí směrem od jejich středu. Součást se před navařovaním upravuje tak, aby povrchová vrstva součásti po opracování na konečný tvar a rozměr nebyla tvořena přechodovou oblastí mezi základním materiálem a návarem [5]. 4.2.2 Navařování metodou MIG/MAG Metoda svařování v ochranné atmosféře aktivního plynu MAG (Metal Active Gas) patří společně se svařováním obalenou elektrodou v celosvětovém měřítku k nejrozšířenějším metodám navařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Metoda MAG využívá aktivního plynu (CO2, O2) a to i v argonmixových směsích. Tyto plyny způsobují snížení povrchového napětí lázně, zároveň ale povrch oxiduje nebo nauhličuje. Svařování v inertním plynu MIG (Metal Inert Gas) získává na důležitosti vlivem stále častějšího využívání hliníkových slitin, kde je ochranná atmosféra aktivního plynu nevyhovující. Inertní plyn se nepodílí na vzniku chemických reakcí – oxidace, karbonizace. Jako inertní plyn se využívají argon, helium nebo jejich kombinace [1, 6]. Hlavními důvody rozšiřování metod MIG a MAG jsou: široký výběr přídavných materiálů a ochranných plynů, snadná možnost mechanizace a robotizace, možnost navařovat větší množství materiálu v libovolných polohách [6].
Obr. 5 Návar metodou MIG/MAG [15]
Obr. 6 Návar metodou MIG/MAG [15]
24
Svařování metodou MIG/MAG je založeno na hoření el. oblouku mezi kontinuálně podávaným tavícím se drátem a základním materiálem v ochranné atmosféře inertního nebo aktivního plynu. Tato metoda je vhodná pro většinu materiálů. Používá se pro materiály nízkolegované, vysokolegované i neželezné kovy. Navařování MIG/MAG je produktivnější než navařování ruční obalenou elektrodou. Tato skutečnost je dána nutností výměny spotřebované elektrody a ztrátami vzniklými z nedopalků [6]. Velmi podobnou metodou je svařování plněnými elektrodami (trubičkovým drátem). Rozdíl je pouze v přídavném drátu. Tato metoda označovaná jako FCAW (FCAW - Flux Cored Arc Welding) pracuje s plněnou elektrodou (trubičkovým drátem). která je tvořena tenkostěnnou trubičkou, kde vnitřní náplní je tavidlo, případně kovový prášek a dle potřeby i potřebné legury. Výhodou této metody je, že můžeme docílit potřebných vlastností svarového spoje různým složením plniva. Další výhodou je vyšší proudová hustota, která umožňuje při stejných parametrech navařování ve srovnání s plným drátem podstatně rychlejší odtavování a tím i vyšší výkon navařování. Spolu s těmito výhodami vystupuje v popředí i snazší ovládání tavné lázně. [6]. Některé elektrody mohou být konstruovány tak, že uvnitř drátu je příměs nahrazující ochranný plyn. [6]. Pro renovaci navařováním metodou MIG/MAG se používají především dráty s náplní legujících prvků, karbidů a struskotvorných přísad. [6].
Obr. 7 Zdroj pro MIG/MAG navařování + schéma navařování [www.toolscomp.cz]
25
4.2.2.1 Vibrační navařování Jedná se o velmi podobnou metodu jako je metoda MAG, ale s rozdílem velmi malé tepelně ovlivněné oblasti (téměř nedochází k pnutím a deformacím) oproti výše uvedené metodě, spojené s nepatrnými rozměry tavné lázně při navařování a možností nanášení malé tloušťky navařované vrstvy (0,1 až 2 mm). Princip této metody spočívá v přerušovaném styku navařovací hubice s navařovanou součástí, konaném elektromagnetickým vibrátorem. Frekvence oddalování elektrody je 5x za sekundu na vzdálenost 3 až 4mm, kdy se přeruší elektrický oblouk. Toho je dosaženo použitím pracovního napětí v rozmezí 10 až 18 V. Nevýhodou je složitost zařízení používaných touto metodou, kde je zapotřebí eliminovat zkratové proudy použitím tlumivek o vhodné indukčnosti a úpravou elektrických obvodů.
Obr. 8 Schéma vibračního navařování: 1. Navařovaná součást; 2. Navařovací hubice; 3. Podávací zařízení; 4. Elektroda; 5. Vibrátor; 6. Tlumivka [6]
4.2.2.2 Odporové navařování Navařování přídavného materiálu se provádí na speciálním zařízení. Přídavný materiál se volí ve formě ocelového pásku nebo ocelového drátu podle vhodnosti použití. Navařování probíhá během impulsů elektrického proudu, který se uskutečňuje právě ve stykové ploše s přiloženými válečkovými elektrodami (Obr.9) a mění povrch součásti i přídavného materiálu do plastického stavu. Navíc pomocí přitlačení elektrod určujeme tloušťku navařované vrstvy. Impulsy elektrického proudu probíhá v krátkých časových intervalech (0,02 – 0,16 s). Velikost el. proudu dosahuje hodnoty 7 – 20 kA. Zdrojem proudu je svařovací transformátor vybavený přerušovačem. V případě potřeby se volí kapalinové chlazení součásti v bezpečné vzdálenosti od místa navařování.
26
Výhody odporového navařování spočívají v nízké energetické náročnosti navařovacích procesů spojených s vysokou produktivitou. Při použití kapaliny jako chladícího média lze hovořit o minimální tepelně ovlivněné oblasti základního materiálu a v neposlední řadě patří k výhodám i bezpečnost provozu zařízení (nevzniká záření ani kouř). Hlavní nevýhodou je vysoký požadavek na drsnost povrchu a nutnost hloubení středících důlků součásti, tím se zvyšují náklady v přípravných aplikacích samotného navařovacího procesu.
Obr. 9 Odporové navařování [6]
4.2.2.3 Elektrostruskové navařování Proces navařování u tohoto typu nanášení přídavného materiálu spočívá ve vytvoření lázně tekutého kovu 3 mezi tvarovou chlazenou formou 4 a základním materiálem 1. Do tekuté lázně se přivádí přídavný materiál ve formě drátu 5. Tato lázeň po překrystalizaci vytvoří nanášenou vrstvu kovu 2. Metoda se vyznačuje úsporou tavidla bohužel na úkor spotřebované elektrické energie, bývá využívána především pro nanášení barevných kovů, popř. pro získání bimetalových součástí. Vhodnost této metody je i pro rozměrné povrchy strojních součástí.
27
Obr. 10 Elektrostruskové navařování [6] 4.2.3 Navařování pod tavidlem Je to druh svařování elektrickým obloukem, kde oblouk hoří pod vrstvou práškového tavidla, jehož část se taví a vytváří na návaru odstranitelnou strusku. Elektrodou je nejčastěji holý drát, ale můžeme se setkat i s plněnou trubičkou či páskovou elektrodou. Metoda navařování pod tavidlem (SAW - Submerged Arc Welding) se využívá v případech potřeby silnější vrstvy návaru na rotační válcové plochy (součást se otáčí a navařovací hlava se posouvá v podélném směru). Při použití páskové elektrody se volí její šířka právě taková jako je požadovaná délka návaru (navaření se provede za jednu otáčku součásti bez axiálního posuvu navařovací hlavy). Tavidlo má funkci legující, rafinuje tekutý kov a stabilizuje hoření oblouku. Sběr nevyužitého tavidla je prováděn těsně za navařovací trubicí a pomocí podtlaku vzduchu je dopravováno zpět do zásobníku tavidla. Předností navařování pod tavidlem je dokonalá ochrana roztaveného kovu před přístupem oxidačních činitelů (vzduchu), vysoká produktivita a jakost navařování (tím i malé přídavky na mechanické obrábění), dále pak nízká kouřivost, vysoký průvar a výkon nanášení přídavného materiálu. Hlavní a velmi omezující je fakt, že navařování pod tavidlem lze vykonávat pouze ve vodorovné poloze, to je zajišťováno polohováním navařované součásti pokud je to z technologického hlediska proveditelné. Aplikace jsou prováděny pomocí poloautomatů a automatů. Minimální tloušťka návaru začíná u hodnoty 1,5 mm kvůli dobré stabilizaci celého procesu navařování.
28
Obr. 11 Navařování pod tavidlem: 1. Navařovaná součást; 2. Drátová elektroda; 3. Podávací zařízení; 4. Tavidlo; 5. Struska [6]
4.2.4 Navařování metodou TIG Metoda TIG bývá někdy označována jako metoda WIG. Zkratka TIG pochází z anglického vyjádření (Tungsten Inert Gas) oproti zkratce WIG (Wolfram Inert Gas) pocházející z němčiny, tedy ve své podstatě to samé. Zažitější je v naší oblasti zkratka TIG. Svařování metodou WIG patří sice mezi technologie poměrně málo produktivní, ale díky kvalitě a příznivému vzhledu svarového spoje zaujímá nezastupitelné místo v technologiích navařování [6]. Při svařování metodou WIG hoří oblouk mezi netavnou wolframovou elektrodou a základním materiálem. Složení a kvalita wolframových elektrod může rozhodujícím způsobem ovlivnit kvalitu výsledného svarového spoje. Ochranu elektrody a tavné lázně před okolní atmosférou zajišťuje inertní plyn o vysoké čistotě (nejméně 99,995 %) [1,6]. Ochranný plyn používaný pro metodu WIG se volí mezi argonem a heliem [6]. Wolframové elektrody se rozdělují do několika kategorií podle legujících prvků. Existují čisté wolframové elektrody bez legujících prvků a elektrody s obsahem oxidů Thoria, Lanthanu, Ceria a Zirkonu. Pro snadné použití v technické praxi se elektrody odlišují barevně viz. tab. 4
29
Tab. 4 Tabulka rozlišení wolframových elektrod Označení elektrody WP
Barva zelená
Legování čistý wolfram 99,8%
WT 10
žlutá
thorium 1% ThO2
WT 20
červená
thorium 2% ThO2
WT 30
fialová
thorium 3% ThO2
WT 40
oranžová
thorium 4% ThO2
WC 20
šedá
cerium 2,0% CeO2
WL 10
černá
lanthan 1,0% LaO2
WL 15
zlatá
lanthan 1,5 % LaO2
WL 20
modrá
lanthan 2,0% LaO2
WZ 08
bílá
zirkon 0,8% ZrO2
WP - Pro navařování slitin hliníku střídavým proudem. WT - Pro navařování vysoce legovaných a nerezových ocelí stejnosměrným proudem. WC - Univerzální použití, vhodné pro navařování nelegovaných i legovaných ocelí, slitin hliníku, slitin titanu, mědi apod. WL - Univerzální použití jako předchozí typ elektrody s výhodou možnosti použití při velmi male proudové hustotě. WZ - Pro střídavý proud,zejména jako náhrada WP elektrod při navařování hliníku.
Úprava konce W - elektrody podle svařovacího napětí, stejnosměrného nebo střídavého proudu má velký vliv na provedení svaru. Při úpravě tvaru konce elektrody broušením musíme dbát na to, aby směr broušení a vrypů byl souběžný s osou elektrody [6]. Pokud není broušení provedeno správně a hrot není přímo v ose elektrody, dochází k hoření nestabilního oblouku, pořípadě hoření oblouku v jiném než požadovaném místě návaru. Vrcholový úhel se má pohybovat mezi 30 – 120 ° podle svařovacího proudu, obecně platí, že pro nižší svařovací proudy se volí ostřejší vrcholové úhly. Oblouk pak hoří klidněji a má menší průřez, tím se zvyšuje proudová hustota oblouku [6]. Jedním z posledních technických pokroků je tzv. bezkontaktní HF zapalování (High Frequence), kde se oblouk zapalí, aniž by se elektroda dotkla základního materiálu, díky vysokonapěťovému výboji svařovacího zařízení. Výhoda tohoto zařízení spočívá v odstranění poškozování elektrody při běžném tzv. náškrabovém startu, které s sebou přináší komplikace ve formě nestabilního oblouku nebo vmísením částic wolframu do svařovací lázně. HF zapalováním se zvyšuje kvalita návaru.
30
Obr. 12 Schéma TIG hořáku [www.svarbazar.cz] Pro svařování hliníku a jeho slitin se používá střídavý proud. Střídavý proud se používá proto, že při kladné půlvlně narušuje vrstvu oxidů Al2O3 na povrchu hliníku. Zápornou půlvlnou je pak dosaženo požadovaného závaru. Elektroda se nebrousí do špičky, ale na plošku. Tato se v průběhu svařování zakulatí. Průměr wolframové elektrody se volí podle druhu a tloušťky materiálu, druhu a polarity proudu, průměru přídavného materiálu, výkonnosti zdroje, atd. Zvolíme-li příliš malý průměr elektrody, může dojít k jejímu přetížení a následnému odtavení [4, 6]. Naopak při příliš velkém průměru se stává oblouk nestabilním a dochází k vytrhávání částic na W-elektrodě. Výrobce udává doporučené hodnoty proudů ke každé elektrodě (cca 70 – 80 A na 1 mm průměru elektrody). Výběr vhodného druhu wolframové elektrody není jednoduchou záležitostí, ovlivňuje ji mnoho faktorů a závisí na ní výsledná kvalita svárů [6].
31
Tab. 5 Proudová zatížitelnost wolframových elektrod Proudová zatížitelnost wolframových elektrod Průměr elektrody v mm
Stejnosměrný proud (DC) v A - pól + pól
Střídavý proud (AC) v A
WP
Leg.
WP
Leg.
WP
Leg.
1,0 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8
do 65 45-90 80-160 150-290 180-260 240-450
do 75 60-160 150-250 220-330 310-490 460-640
/ do 20 15-30 15-30 25-45 40-60
/ do 20 15-30 15-30 25-45 40-60
do 25 30-90 80-140 130-190 180-270 250-350
do 30 30-120 100-210 150-260 240-350 310-450
6,4
350-800
480-850
50-90
50-90
320-460
380-530
S metodou TIG se můžeme setkat při ručním, mechanizovaném i plně automatizovaném navařování. Mezi nejvýraznější výhody této metody patří precizní kvalita a vzhled sváru díky výborné kontrole nad svarovou lázní při navařovacích aplikacích, vysoká teplota oblouku vhodná pro navařování vysokolegovaných materiálů a velmi malé tepelně ovlivněné pole sváru i pro tenkostěnné materály. TIG je vyjímečný také tím, že je s ním možno pracovat bez použití přídavného materiálu nebo za použití části základního materiálu ve formě úlomku či odstřižku.
4.2.5 Navařování plazmou Navařování plazmou je metoda využívaná dlouhou dobu. Pro stabilizaci elektrického oblouku a vznik koncentrovaného plazmového paprsku je nutno ionizovat min. 30% plazmového plynu nejčastěji Ar, Ar + H2, He + Ar, N2. Plazmový paprsek dosahuje vysokých teplot až 16 000 K, hustota energie plazmy se blíží 106 W.cm-2 [9]. Tímto zdrojem tepla je velmi vysoká rychlost ohřevu a teplo vnesené do základního materiálu je nízké. Proto je tepelně ovlivněná oblast okolo svaru minimální. Vrstva promísení sváru se základním materiálem je nad 10% maximálně do hloubky 0,5 mm. Ke zmenšení tepelně ovlivněné oblasti také přispívá možnost impulsního průběhu proudu s regulací frekvence v rozsahu 0 až 1000Hz [6]. Dalšími výhodami navařování plazmou jsou [6]: -
návary bez pórů, bublin a ředin s metalurgickým spojením se základním materiálem,
-
velmi malé přídavky na opracování návaru (svar je precizní a hladký),
-
minimální propal legujících prvků,
32
-
široký sortiment druhů přídavných materiálů (dráty, tyčinky, trubičky, prášky),
-
snadná možnost automatizace,
-
snížení doby navařování,
-
zvýšení technické úrovně a bezpečnosti práce,
-
široký rozsah výkonu natavení 0,5 – 6 kg/h.
Výběr návarových materiálů se provádí podle různých kriterií, kterými mohou být pracovní teploty, chemické odolnosti, požadované tvrdosti, odolnosti proti opotřebení, typy legujících prvků atd. Touto metodou se mohou navařovat materiály na bázi železa, niklu i kobaltu. Pro navařování plazmou se používají přídavné materiály, nejčastěji ve formě prášku, trubiček nebo drátu. Z technického hlediska provedení návaru je v podstatě jedno, který typ přídavného materiálu zvolíme, rozhodující je ale výsledná cena provedení opravy nebo renovace. Kobaltové materiály je nejvýhodnější navařovat s přídavkem prášku [6, 9]. Plazmové navařování má ve strojírenství a opravárenství mnoho různých využití na předních místech [6]. Ve většině případů lze říci, že cena prášku je vždy až o 40% nižší oproti trubičkám nebo drátu a celkově díky výhodám této metody je potřeba méně přídavného materiálu. Naopak při navařování materiálu na bázi železa nelze cenový rozdíl přehlédnout. Cena prášku na bázi železa je 2-3x vyšší než u přídavného drátu. Proto se pro svařování železa tato metoda nijak výrazně nepoužívá, není rozšířena. Používá se pouze pro specifické účely, pro které nemůžeme použít jinou technologii [6]. Rozšířenější je navařování plazmou se studeným drátem. Tento způsob navařování je ekonomicky výhodný pouze pro menší svary z důvodu nízkého výkonu. Technologie navařování plazmou s horkým drátem byla vyvinuta speciálně pro navařování materiálu na bázi železa. Metoda s horkým drátem odstraňuje nevýhodu nízkého výkonu při navařování studeným drátem a má stejné výhody jako navařování s použitím prášku. Technologie navařování plazmou s horkým drátem je úspěšně nasazena do sériové výroby od roku 1996 [6].
33
Obr. 13 Schéma plazmového navařovacího hořáku: 1. Přívod plazmového plynu; 2. Přívod transportního plynu; 3. Přívod prášku; 4. Přívod ochranného plynu; G vysokofrekvenční generátor pro zapalování pilotního oblouku; R srážecí odpor pro omezení proudu pilotního oblouku [5]
4.2.6 Navařování laserem Laser-Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, neboli zesílení světla stimulovanou emisí záření [6]. Metodu svařování a navařováni laserem můžeme zařadit mezi relativně nové metody. Tepelný cyklus při laserovém navařování je především rychlejší než obvyklé obloukové technologie. V dnešní době jsou laserové technologie použity v širokém rozsahu. Laserový paprsek je v podstatě vlnění optického druhu, které patří do skupiny elektromagnetického záření a od jiných druhů se liší vlnovou délkou. Nefokusovaný paprsek má průměr řádově v milimetrech. Díky koherentnosti paprsku můžeme pomocí optického systému soustředit záření do velmi malého bodu (0,1 až 0,001 mm). Tím dosáhneme potřebného energetického toku přesahujícího hodnotu 108 W.cm-2. Zmenšování paprsku dosáhneme volbou vhodné optiky. Dráha paprsku probíhá přes soustavu zrcátek a optických čoček až k svařovanému místu, tento systém je chráněn robustním krytem [6, 7]. Dopadem laserového paprsku na materiál umístěný v ohnisku vzniká hluboký a úzký svar s minimálním teplotně ovlivněným
34
pásmem. Výhodou hlubokého a úzkého svaru je především hospodárnost při použití přídavného materiálu [6]. Působením laserového paprsku za současného působení ochranného plynu vzniká tzv. „klíčová díra“ vyplněná párami natavovaného kovu. Při přemisťování paprsku se posouvá i klíčová díra a tlačí natavený materiál z přední části směrem dozadu, kde roztavený materiál tuhne a tvoří spoj (svar). Funkcí ochranného plynu při svařovacích procesech je ochrana ovlivňovaného místa před nežádoucí oxidací a zároveň je jeho úlohou odfukovat mrak ionizovaných par natavovaného kovu (někdy nazývané jako plazmový mrak). Nejběžněji používané ochranné plyny tvoří argon a helium. Laserová technologie bývá označována jako metoda precizního navařování [5, 6]. Z konstrukčního hlediska se lasery dělí na více typů . Pro laserové navařování se používají pevnolátkové (Nd-YAG) a polovodičové (diodové) lasery [6]. Pevnolátkové lasery (Nd-YAG)- laserový paprsek je vybuzen pomocí xenonové výbojky a krystalu syntetického rubínu. Tento laser pracuje v impulsním režimu. Dnes je tato metoda zastíněna polovodičovým laserem [6]. Polovodičové lasery- pro svařování se využívá především diodových laserů. Mezi hlavní přednosti patří velká účinnost, jejich kompaktnost, výkon až 6 kW a dlouhá životnost [6].
Obr. 14 Princip laserového navařování [6] Laserhybrid – tato technologie je založená na spojení laserového navařování ve spojitosti s jinou metodou. Nejběžněji se používá kombinace laseru a obloukového navařování metodou MAG (s tavící se elektrodou jako přídavný materiál). Přídavný materiál ve formě drátu je přiváděn do roztavené kovové lázně a vzniká vrstva návaru. Tavenina spolehlivě vyplní místo návaru a přídavný materiál zaručí jeho potřebnou tloušťku. Celkově je návar velmi kompaktní.
35
5 ŽÁROVÉ NÁSTŘIKY Tato metoda je poměrně mladou technologií oproti klasickým renovačním metodám. Vytváření vrstev přídavného materiálu pomocí nástřiku je prováděno pro zvyšování užitných vlastností strojních součástí a prodloužení jejich životnosti při současné značné úspoře materiálu. Ve skutečnosti nelze v dnešní době nejrůznějších výrobků a technologií vynechat použití povrchových úprav už v provovýrobě. Při použití renovačních technologií je možno vybírat ze široké škály různých principů nanášení povrchových vrstev a samozřejmostí je i nepřeberné množství vhodných přídavných materiálů pro tyto aplikace. V některých případech renovace lze říci, že je metoda žárových nástřiků jednoduše nenahraditelná. Použitá technologie nástřiku má vliv na výsledné vlastnosti, zejména na jejich tloušťku. Aplikace povrchů nanesených žárovými nástřiky se vyznačují[6]: - vytvářením tenkých vrstev od 0,1 mm, - rovnoměrností nanesené vrstvy, zejména po stavení vrstvy, - bezproblémovou kombinací s klasickými metodami navařování, - schopností povlakování malých a členitých povrchů, - využitelností přídavného materiálu, - malými nároky na opracování, - snadnou přípravou základního povrchu určeného pro povlakování, -
nesourodostí povlaku a základního materiálu, nedochází ke smísení těchto vrstev se
ZM, přitom je materiál tepelně ovlivněn podle jeho vlastností a technologického procesu nástřiku, - nízkou náročností zaškolení pracovníků, kteří budou tyto aplikace provádět,
5.1 Příprava základního materiálu Pro dosažení požadovaných vlastností povlaků je nutno provádět i technologie přípravy povrchu podložky. Provedení těchto operací je základem pro kvalitní spojení a přilnavost povlaku k základnímu materiálu, který následně vykazuje dobré vlastnosti při všech druzích mechanického namáhání. Odmaštění povrchu základního materiálu se provádí pomocí vhodného odmašťovacího prostředku, tím se zároveň odstraní i povrchové nečistoty. Při výběru těchto chemikálií je nutno přihlédnout k ekologickému hledisku, hygieně a bezpečnosti obsluhy.
36
Dalším
významným
činitelem,
nepříznivým
který
je
nutno
odstranit
v
předpřípravných procesech, je výskyt rzi jak základního materiálu podložky, tak i přídavného materiálu. V současnosti je využíváno těchto principů přípravy plochy [3]: -
obrábění
-
tryskání
-
nanesení mezivazných vrstev
-
elektrojiskrový
-
chemický
Příprava ploch rotačních součástí pro nástřik nad 1mm tloušťky se provádí nejčastěji metodou obrábění (soustružení). Na povrchu povlakované součásti se provede touto metodou třískového obrábění závit pro lepší ukotvení nanášené vrstvy přídavného materiálu, který je vhodné následně otryskat pro zdrsnění povrchu. Tento způsob přípravy povrchu strojní součásti splňuje optimální vlastnosti povlaku při jeho větších tloušťkách a vyhovuje i pro dynamicky namáhané rotační součásti. Používané typy obrobených závitů jsou znázorněny na obr. 15
Obr. 15 Příprava podložky třískovým obráběním: a) závit s ostrými špičkami; b) pilový závit; c) oboustranný pilový závit [1]
Pro tryskání se používají nejrůznější tryskací média, mezi která řadíme média na kovové i nekovové bázi. V obou případech se jedná o abrazivní materiály. Tryskáním se stává tryskaný povrch drsným, zvětšuje se přilnavost povlaku. Základními parametry technologie tryskání jsou tryskací médium (typ), zrnitost média, vzdálenost tryskání, úhel tryskání, doba tryskání, rychlost tryskání. K nejvíce využívaným abrazivním materiálům pro tryskání patří křemenný písek, karbid křemíku, ocelová a litinová drť. Rozhodujícím hlediskem pro výběr vhodného tryskacího média je výsledná kvalita tryskání a cena.
37
Většina zdrojů se shoduje v použití umělého korundu jako vhodného tryskacího média pro přípravu základního materiálu na žárový nástřik. Korund vyniká nízkou spotřebou při tryskání a zároveň povlaky nanesené na povrch otryskaný korundem vykazují největší přilnavost ze všech tryskacích médií. Při nanášení vazných mezivrstev se volí přídavný materiál, který zaručuje dobrou přilnavost a zároveň je jeho povrch dostatečně hrubý. Hrubým zrněním se dosáhne zvětšení plochy pro následné povlakování. Nanesená vrstva se před nástřikem požadovaného a výsledného přídavného materiálu dále neupravuje. Tloušťka vazných vrstev je do 0,15 mm. Vhodným přídavným materiálem vazných vrstev jsou čisté kovy na bázi niklu nebo molybdenu, dále pak niklové slitiny Ni-Cr, Ni-Al.
5.2 Přídavné materiály Vzhledem ke zvládnutí potřebné kvality nanášení žárových povlaků je nutné věnovat značnou pozornost výběru přídavného materiálu. Firem nabízejících zařízení a přídavné materiály pro žárové nastřiky je na dnešním trhu nespočet a každá z nich nabízí přídavné materiály od běžných až po materiály vhodné pro speciální aplikace. Jen velmi omezeně se jedná pouze o čisté materiály. Převládají směsi, které jsou schopny splnit naše požadavky na nanášené povlaky. Směsi se liší jak chemicky, tak i strukturně. 5.2.1 Rozdělení přídavných materiálů Přídavné materiály vhodné pro žárové nástřiky můžeme rozdělit do dvou základních skupin. Jedná se o následující posuzování přídavných materiálů: a) podle jejich formy Do této skupiny patří přídavné materiály ve formě drátu, prášku a méně časté přídavné materiály mající speciální formu. Ve formě drátu se lze setkat se všemi druhy přídavných materiálů s výjimkou materiálů na bázi keramiky, dále pak speciálními slitinami, které by nevykazovaly potřebné vlastnosti pro výrobu drátu tažením. Tyto přídavné materiály jsou zastoupeny např. slitinami NiCrSiB či NiCrAlTa. Použití drátu je především u žárového nástřiku elektrickým obloukem, plamenem. Rozmezí průměru používaných drátů v mm je 1,6; 2,0; 2,5 a 3,15. U ocelových přídavných materiálů ve formě drátu je povrch drátu poměděn. Vzniká tak především antikorozní ochrana nezbytná pro bezporuchové podávání drátu, kvalitu a plynulost prosesu povlakování.
38
Stejně tak jako u přídavného materiálu ve formě drátu se vyskytuje u ostatních typů jejich formy závislost chemického složení na kvalitě povlaku. U práškových slitin se mezi další vlastnosti řadí tvar zrna a velikost zrna. Těchto vlastností se využívá při volbě přídavného materiálu podle požadavku na výslednou vrstvu s ohledem na mohutnost a koncentraci zdroje tepla, který nám určuje stupeň natavení jednotlivých částic. Použití prášku je typické pro žárový nástřik plazmou. Výrobci přídavných materiálů vyrábějí každý typ přídavného materiálu ve více zrnitostech, aby vyhověli různým technologickým metodám žárového nástřiku [3]. Toho je docíleno použitím různých metod pro výrobu prášků. Jednu z nejčastějších metod výroby prášku lze rozdělit do následujích etap: 1) Natavení vsázky požadovaného chemického složení. 2) Rozprašování natavené vsázky přes trysku do vodního či plynného prostředí za působení inertního plynu, nejčastěji se využívá argonu nebo dusíku. 3) Doprava částic do kontejneru, kde dochází k úplnému chladnutí materiálu 4) Rozdělení částic podle jejich frakcí pomocí sít. 5) Balení roztříděných frakcí do obalů splňujících podmínky skladovatelnosti. Jedná se především o suché prostředí. Dalším způsobem výroby práškových přídavných materiálů je drcení ztuhlé taveniny požadovaných chemických vlastností. Využítí nalezneme u keramických přídavných materiálů ve formě prášku, které vykazují vynikající odolnost proti otěru a tepelně izolační vlastnosti. V neposlední řadě patří do běžných způsobů výroby prášku i metoda srážení částic materiálu z plynné nebo kapalné fáze. b) podle jejich chemického složení Z pohledu chemického složení bývá zvykem dělit přídavné materiály na několik skupin [5]: - přídavé materiály na kovové bázi – čisté kovy a slitiny -
přídavné materiály na keramické bázi – oxidické a neoxidické materiály (nitridy,
karbidy, boridy) - přídavné materiály s exotermickým účinkem – použití jako vazné vrstvy povlaků - přídavné materiály speciální – cermety, Ni-grafit - přídavné materiály na bázi plastů
39
5.3 Metody žárových nástřiků Proces nanášení nataveného přídavného materiálu na upravený povrch základního materiálu je možné podle vhodnosti aplikace uskutečňovat pomocí následujích technologií, které budou blíže popsány. Lze je jednoznačně rozlišit podle druhu použité energie.
5.3.1 Žárový nástřik plamenem Tato metoda patří k nejstarším z dané oblasti žárových nástřiků. Metoda nanášení plamenem využívá stlačené médium (vzduch nebo kyslík) společně s palivem (acetylen, propan, propylen, vodík) [6], jako nosné médium roztaveného přídavného materiálu na renovovanou plochu součásti. Ve většině případů se v technické praxi využívá plynových hořáků s nádobkou na práškové přídavné materiály. Nástřik plamenem, který pracuje s poměrně nízkou teplotou tavení (3100 °C), není vhodný pro některé z těžce tavitelných přídavných materiálů. Rychlost nanášení častic přídavného materiálu je v rozmezí 35 až 40 m.s-1 při použití běžných hořáků. Dvojnásobné hodnoty je dosahováno při použití speciálních hořáků, u kterých je urychlování částic prováděno pomocí proudu přídavného tlakového plynu. Tím bývá čistý suchý vzduch nebo dusík pod tlakem 0,6 MPa. Důsledkem nepříliš vysokých rychlostí částic a nízkých teplot kyslíkoacetylenového plamene při tvorbě povlaku je jejich nižší kvalita v kategorii žárových nástřiků. Nehodí se pro strojní součásti, u kterých je hlavním požadavkem vysoká hustota a přilnavost nanesené vrstvy. Tyto nepříznivé vlastnosti se ještě více prohlubují s použitím drátů a speciálních plněných trubiček jako přídavného materiálu. Při nesprávném provedení dochází k nepřípustnému prohřátí vrstev základního materiálu nad teploty fázově - strukturních přeměn. Oproti tomu se tato metoda vyznačuje svou jednoduchostí a nízkými náklady na pořízení, stejně tak i na kvalifikovanost obsluhy provádějící renovační operace tímto typem žárového nástřiku. Díky tomu se výrazně rozšířila do širokého spektra jednodušších opravárenských aplikací. Výkon se uvádí v nanesení 3 – 7 kg přídavného materiálu za hodinu.
40
Obr. 16 Schéma žárového nástřiku při nanášení plamenem : 1. Přídavný materiál,2. Přívod kyslíku, 3. Přívod acetylénu, 4. Nástřik, 5. Podklad [www.servisarmatur.cz] 5.3.1.1 Dvoufázový žárový nástřik plamenem Dvoufázovým nástřikem jsou pojmenovány povlaky žárově nastříkané a následně stavené. Prvotní je nástřik přídavného materiálu ohřátého do roztaveného stavu uvnitř nebo mimo stříkací pistoli pomocí expandujících spalin paliva na základní materiál. Následně dochází ke slinutí částic nastříkaného materiálu za působení tepla do homogenního a difuzního stavu. Tento proces může probíhat průběžně (ihned po nastříkání) nebo v delším časovém intervalu (např. za několik hodin). Pro stavení se používají různé druhy tepla (plamen, pec, el. indukce) podle rozměrů a hmotnosti zpracovávaných součástí [6, 15].
5.3.1.2 Hořáky pro žárové nástřiky plamenem Pro termické stříkání povlaků rozlišujeme tyto typy hořáků: a) na principu dvoustupňového směšování - prvním stupněm je nasávání prášku ze zásobníku pomocí kyslíku, při druhém stupni je směs kyslíku a prášku smísena s acetylénem, který při zapálení vychází z hubice hořáku. Průtok přídavného materiálu tímto typem hořáku se pohybuje v rozmezí 3 až 7 kg.h-1 [6].
41
Obr. 17 Plynový hořák 1 [www.svarak.cz] b) na principu samospádového sypání prášku do plamene - výhodou je nízká pořizovací cena a jednoduchost, nevýhodou omezený sklon horizontální osy pistole z důvodu dobrého přivádění prášku do plamene [6].
Obr. 18 Plynový hořák 2 [www.svarak.cz]
c) na principu regulovatelného dávkování práškové slitiny, kde prášek vstupuje do plamene jedním nebo více středovými otvory nástřikové hubice – jsou univerzální v použití pro samotavné práškové slitiny, které se stavují či jsou po nástřiku spojeny se základním materiálem adhezí. Výkon těchto hořáků je 7 až 15 kg.h-1 [6].
Obr. 19 Plynový hořák 3 [www.svarak.cz]
42
5.3.2 Žárový nástřik elektrickým obloukem Princip žárového nástřiku elektrickým obloukem spočívá v natavení přiváděného materiálu ve formě drátu pomocí elektrického oblouku. Unášení roztavených částic přídavného materiálu na povrch strojní součásti má na starosti stlačený vzduch s hodnotami 0,4 až 0,6 MPa. Metoda je oproti předešlé nesrovnatelně výkonnější (6 – 12 kg drátu za hodinu). Dopadové rychlosti částic se pohybují v rozmezí 70 - 100 m.s-1. Omezující je nutnost používat pouze vodivé materiály pro dosažení hoření el. oblouku. Výsledná vrstva je mírně porézní. Soudržnost povlaku nedosahuje uspokojivých hodnot, avšak těchto nedostatků se lze vyvarovat prvotním nástřikem vazné vrstvy. Mezi výhody řadíme nejnižší ceny přídavných materiálu současně s dostatečným výběrem jejich chemického složení pro tuto metodu a nízké pořizovací náklady na zařízení. Ve spojitosti s dobrou výkonností je i tato metoda velmi rozšířená v renovačních aplikacích funkčních ploch strojních součástí.
Obr. 20 Schéma žárového nástřiku elektrickým obloukem : 1. Přídavný materiál, 2. Přívod vzduchu, 3. Nástřik, 4. Podklad [www.servisarmatur.cz]
5.3.3 Žárový nástřik plazmou Využitím vysoké
koncentrace energie při hoření plazmového oblouku je možné
docílit vyšší kvality nanesených povrchů. Výhodné jsou uvedené tepelné vlastnosti této metody, ke kterým se přidávají i dynamické vlastnoti paprsku plazmy. Metoda žárového
43
nástřiku plazmou doznala širokého uplatnění za posledních 20 let, v počátku se metoda formovala pro letecký a raketový průmysl díky jejím vynikajícím výsledkům nanášení povlaků odolných dynamickým, tepelným a erozním účinkům. V dnešní době je využití velmi všestranné, příkladem jsou povlaky pro strojírenství, hutnictví, slévárenství i chemický průmysl. Přídavným materiálem je téměř vždy jeho prášková forma. Složením je možné aplikovat materiály kovové, kovokeramické a keramické. V praxi je využíváno dvou koncepcí hořáků pro plazmové nástřiky. Odlišují se pouze stabilizací plazmového oblouku. Rozlišujeme hořák s plynovou a kapalinovou stabilizací. Hořák s plynovou stabilizací je v technické praxi rozšířenější. Vzdálenost plazmového hořáku od plochy základního materiálu se volí v rozmezí 30 až 300 mm. Tloušťka povlaku se obvykle volí v rozmezí 0,10 až 0,5 mm, ale jsou i případy nástřiku vrstev o tloušťce 10 mm a více. Částice přídavného materiálu se přivádí do plazmového paprsku pomocí plynu, zpravidla se používá stejný plazmový plyn pro transport prášku. Rychlost částic unášených plazmovým paprskem dosahuje hodnot až 300 m.s-1. Mezi hlavní výhody patří možnost natavení široké škály přídavných materiálů pro povlakování včetně těžkotavitelných kovů a materiálů na bázi keramiky, které nelze technologicky zajistit předešlými metodami žárových nástřiků. Další výhodou je rychlost postupu
nástřiku
a
tedy
malé
tepelné
ovlivnění
základního
materiálu
[5].
Mezi nevýhody řadíme vyšší pořizovací náklady zařízení, možnost vzniku škodlivých látek, vysokou hlučnost a nízký součinitel využití energie.
44
Obr. 21 Schéma plazmového hořáku : 1. Přídavný materiál – prášek, 2. Plazmový plyn, 3. Ochranný
plyn
–
dusík,
4.
Wolframová
elektroda,
5.
Návar,
6.
Podklad
[www.servisarmatur.cz]
5.3.4 Detonační žárový nástřik Metoda pochází z doby počátků aplikací žárových nástřiků plamenem, avšak docházelo k opomíjení této technologie z důvodu nadměrného hluku, který při žárovém nástřiku dosahuje až 140 dB, tedy hladiny hluku nepřípustné pro lidský organizmus. V současné době technického zdokonalování lze tuto hlavní nevýhodu potlačit. Do komory stříkacího zařízení se přivádí společně přídavný materiál ve formě prášku a technické plyny (acetylen a kyslík). Tato výbušná směs je zapálena zapalovací svíčkou, tak se vytvoří detonační vlna, která uděluje přídavnému materiálu převážnou většinu potřebné energie pro žárový nástřik ve formě kinetické energie. Rychlost dopadu částic může být až 800 m.s-1. Frekvence zapálení výbušné směsi se opakuje 3 - 4x za sekundu. Přídavný materiál touto vysokou rychlostí naráží do plochy určené
45
k renovaci a díky jeho kinetické energii při nárazu se vytváří potřebné teplo dosahující hodnot pro tavení přídavného materiálu. V nanesené vrstvě tak vznikají mechanické, difuzní, krystalické a chemické fáze podobné klasickému sváru v mikroskopických rozměrech. Mezi výhody patří hutnost nanesené vrstvy.
6 GALVANIZACE Metoda galvanizace je v dnešní době velmi rozporuplná. Na jedné straně stojí zastánci hlediska využití přírodních zdrojů (kovů) oproti zastáncům životního prostředí se snahou vyloučení rizikových technologií na straně druhé. Galvanizace se řadí právě do kategorie ekologicky rizikových technologií současně s hospodárným využitím surovin. V galvanizačním procesu se na součásti umístěné v elektrolytu vytváří tenká vrstva kovu. Dosahovaná vrstva kovového povlaku je v rozmezí setin až desetin milimetrů, což může být omezujícím při volbě renovačního procesu. Oproti tomu lze hovořit pouze o nepatrném tepelném namáhání pokovované součásti. Zařízení pro galvanizační procesy je velmi nákladné. Provoz je drahý a je nezbytné dodržovat předepsané hygienické, bezpečnostní, ochranné a ekologické aspekty.
6.1 Chromování Chromování je nejčastější metodou galvanizace. Mimo potřeby renovace se používá pro zlepšení vlastností strojních součástí v prvovýrobě (příkladem mohou být pístní kroužky), dále pak pro povrchovou úpravu a vyniká v ochraně proti korozi. Pokovovaná součást se ponoří do roztoku zapojena jako katoda a jako anoda slouží kovová destička toho kovu, který má být vylučován na katodě. Za působení elektrického proudu se požadovaná součást postupně pokoví. Chromování má několik zásad, při kterých není tento způsob nanášení kovu vhodné použít. Patří mezi ně především skutečnost, že pochromované součásti nelze použít v pracovních teplotách přesahujících 300 °C, chromový povlak lze vylučovat pouze na součásti s malou povrchovou tvrdostí a pochromovaná součást nesmí pracovat ve spojení s jinou povrchově tvrzenou součástí. V renovacích se používá tzv. tvrdé chromování v lázni o teplotě 55 až 60 °C při předepsané hustotě proudu. Při nesprávném nastavení hodnoty proudu sice dochází k pochromování požadovaného místa, ale vrstva vyloučeného kovu je příliš měkká, vhodná spíše k antikorozním účelům. U strojních součástí, kde je nezbytný požadavek na mazání, se
46
záměrně vytvářejí porézní chromové povlaky, které mají oproti běžným pochromovaným plochám výrazně lepší smáčecí vlastnosti olejem.
6.2 Železení Železení je proces vylučování železa s vyšší rychlostí vylučování oproti chromování. Používají se stejné postupy i stejná zařízení jako u chromování. Tyto povlaky jsou měkké nebo tvrdé podle použitého elektrolytu. Měkké povlaky se využívají pro další zpracování (cementování, kalení), tvrdé povlaky se používají u méně namáhaných ploch zatížených třením.
6.3 Niklování Povrch vytvořený niklováním je bezporézní s vysokou tvrdostí a velmi dobrou zabíhatelností strojní součásti. Výhodou je vytváření povrchových vrstev i na geometricky složitějších součástech. Další vlastnosti niklových povlaků vzniklých galvanizací lze ovlivnit následným tepelným zpracováním, kdy lze v tvrdosti povlaku dosáhnout hodnot podobných jako chromováním, ovšem se zřetelem na tepelné ovlivnění základního materiálu strojní součásti.
47
7 METODIKA PRÁCE Cílem prováděných experimentálních zkoušek je zjistit výsledné parametry renovované součásti. Pro jednotlivé zkoušky jsem využil vačkovou hřídel tříválcového motoru zemědělského stroje, která je prvovýrobou určená pro čtyřnásobné uložení v hlavě válců. Každý čep vačkové hřídele byl za mé přítomnosti pro experimentální zkoušky odlišně zpracován firmou AGM – Agromotor, s.r.o. Velké Meziříčí.
7.1 Materiál vačkové hřídele Ocel 14 220 podle ČSN 41 4220 - ocel Mn-Cr k cementování a ke kyanování. Ocel je dobře tvarovatelná za tepla, po žíhání na měkko i za studena, se zaručeným rozmezím prokalitelnosti. Je dobře obrobitelná - pro hladké obrábění se doporučuje ocel zušlechtěná na pevnost 690 - 880 MPa. Je vhodná pro strojní součásti pro zušlechtění do Ø 35 mm, k cementování s velmi tvrdou cementovanou vrstvou s velkou pevností v jádře (hřídele, ozubená kola, vačkové hřídele, zdviháky ventilů, pístní čepy, zubové spojky), pro sériovou výrobu strojních součástí za předpokladu dodržení téže technologie tepelného zpracování také u odběratele. Svařitelnost je dobrá. 7.1.1 Cementování Cementování je proces povrchového zušlechťování materiálu sycením povrchu součásti uhlíkem při cementačních teplotách 850 – 950 °C. Pro cementování jsou vhodné měkké oceli s obsahem uhlíku nižším než 0,25 %. V povrchových vrstvách dochází k navýšení hodnot uhlíku na 0,7 – 0,9 %. Tloušťka této nauhličené vrstvy bývá v rozmezí 0,5 – 1,5 mm. Následným zakalením se dosáhne vysoké tvrdosti nauhličené vrstvy. Poslední úpravou je popouštění zakalené vrstvy při teplotách 150 – 180 °C. Cementování se provádí v prostředí tuhém pomocí cementačního prášku, kapalném při působení solných lázní či plynném při existenci chemických vazeb oxidu uhelnatého a metanu. Výsledné vlastnosti strojní součásti po cementování se vyznačují houževnatým jádrem a značnou tvrdostí povrchové vrstvy.
48
7.2 Způsob hodnocení tvrdosti Hodnocení tvrdosti lze definovat jako analýzu základního materiálu pomocí metody zkoušky tvrdosti podle Rockwella (ČSN 42 0373) označované jako metoda HRB viz obr. 24. Tvrdost je definovaná jako odpor materiálu proti vnikání cizího tělesa [11]. Jedná se o statickou metodu. Do materiálu vniká ocelová kulička o rozměrech 1/16 anglického palce počáteční zatěžující silou 98 N, která pozvolna vrůstá až k hodnotě 980 N a následně dojde opět k odlehčení na počáteční zatěžující sílu. Rozmezí stupnice tvrdosti je 25 - 100 HRB, kde při 25 HRB je materiál nejměkčí a naopak. Metoda vtisku ocelové kuličky je vhodná pro měkčí kovy, její výhodou je rychlost a jednoduchost provedení stejně tak jako u dalších Rockwellových metod HRA, HRC. Metodika vtisku ocelové kuličky HRB při analýze základního materiálu byla provedena 5x následně za sebou při stejných podmínkách. Výsledky tvrdosti jsou uvedeny v tab.7
7.3 Stanovení mikrotvrdosti ČSN EN ISO 3887 (420449) Součástí použitého metalografického mikroskopu Neophot 2 je Hannemannům mikrotvrdoměr. Pomocí tohoto zařízení je zkoumaná struktura zvětšena 1 000x. Mikrotvrdoměrem vtiskujeme diamantové těleso ve tvaru čtyřbokého jehlanu s vrcholovým úhlem 136° do zkušebního vzorku silou 0,1 kp, tím určujeme mikrotvrdost podle Vickerse. Metalografický mikroskop s mikrotvrdoměrem je připojený k počítači pro zobrazování a ukládání výsledných struktur použitých vzorků. Výsledné hodnoty mikrotvrdostí závisí na kvalitě připravenosti vzorků a na přesnosti odečítání ze stupnice hodnot. d1
d2
136 °
Obr. 22 Vtisk podle Vickerse
Obr. 23 Objektiv s mikrotvrdoměrem
49
7.4 Příprava vzorků V pořadí zleva na obr. 22, čep č.1 je bez jakéhokoliv zásahu metody renovace, jedná se pouze o základní materiál s povrchovou úpravou pro zjištění výchozích parametrů zkoušené strojní součásti. Zbylé 3 čepy jsou povrchově upraveny žárovým nástřikem (metodou termického nástřiku plamenem). Pro jednotlivé renovované čepy byly použity různé směsi práškových přídavných materiálů uvedených v tab. 6 Tab. 6 Chemické složení práškových směsí
Druh prášku
Orientační chemické složení (%)
K 20
K 30
K 40
K 50
K 55
K 60
Ni B + Si B + Si + Cr Cr + Si B + W + Mo Cr B + Si + W + C
95 5 -
93 7 -
90 10 -
80 20 -
65 25 -
70 15 15
17 - 25
30 - 40
40 - 50
50 - 55
55 - 60
60 - 65
1 070
1 050
1 070
1 010
1 030
1 100
Tvrdost návaru (HRC) Přibližná teplota prášků v °C Hmotnost balení v kg Dodávaná zrnitost
0, 5 ;
1;
5;
Pod 0, 10 mm – minimálně 90% - zbytek do velikosti částic 0, 125 mm
50
Po termickém nástřiku funkčních ploch této rotační součásti se vždy část čepu vybrousila na požadovaný rozměr (metoda renovace na původní rozměry). Vačková hřídel se přizpůsobila k provedení zkoušek. Postupně bylo provedeno u jednotlivých vzorků řezání, broušení, leštění a leptání. Zjišťoval jsem vlastnosti: -
základního materiálu vačkového hřídele
-
čepu č.1 (čep bez renovace)
-
čepu č. 2 (čep s přídavným materiálem 20)
-
čepu č. 3 (čep s přídavným materiálem 40)
-
čepu č. 4 (čep s přídavným materiálem 50)
Popis jednotlivých použitých prášků: K20 – prášková slitina na bázi NiBSi. Je vhodná k nanášení na plochy strojních součástí, u nichž povrch nevyžaduje velkou tvrdost. Po nanesení se dá povlak upravovat soustružením. Prášek je vhodný k nanášení na součástky a pro úpravu slévárenských odlitků ze šedé litiny.
K40 – prášková slitina na bázi NiBCrSi. Prášek je vhodný pro navařování ploch strojních součástí vystavených abrazivnímu, korozivnímu a tepelnému namáhání. Nanesené povlaky je možné opracovávat soustružením.
K50 – prášková slitina na bázi NiBCrSi. Patří do skupiny práškových přídavných materiálů s větší tvrdostí naneseného povlaku, který se dá opracovávat broušením. Používá se k nanášení antikorozních návarů odolných vůči abrazi s nízkým koeficientem tření. Vyznačuje se dobrou smáčitelností, tekutostí. Má relativně nízký bod tavení. Používá se na renovace a na vylepšení vlastností základního materiálu.
Obr. 24 Vačková hřídel (AGROMOTOR)
51
Při dělení vzorků byla použita přesná laboratorní pila MIKRON 110, která umožňuje precizní dělení materiálu bez vzniku tepelného ovlivnění v oblasti řezu. Díky preciznosti stroje odpadá následné hrubé broušení povrchu. Tím je vyloučeno i mechanické zhmoždění materiálu vzorků. Leptání materiálu bylo provedeno pomocí leptadla NITAL (3% roztok kyseliny dusičné v etylalkoholu)
Obr. 25 Laboratorní pila MIKRON 110 [www.mth-hrazdil.cz]
Vzorky jednotlivých čepů byly vhodně upraveny tak, aby byla zřejmá jejich plocha (plocha v řezu). Tyto vzorky byly ručně broušeny nejdříve na hrubozrnných brusných papírech a postupně na jemnozrnějších papírech. Následovalo leštění na otáčejícím se kotouči. Jako brusivo byla použita diamantová pasta o hrubosti 1 mikron. Závěrečnou částí přípravy vzorků pro stanovení jednotlivých struktur a mikrotvrdosti bylo naleptání povrchu vzorků leptadlem Nital.
52
7.5 Výsledky 7.5.1 Výsledky tvrdosti a vlastností vačkové hřídele Z výsledků je patrné, že se jedná o materiál měkký s průměrnou hodnotou tvrdosti 71,6 HRB. Podle obr. 24 je patrné, že povrchová část materiálu je nauhličena, což ukazuje na cementování. Tab. 7 Tabulka tvrdosti základního materiálu ZM Číslo Měření
1
2
3
4
5
Tvrdost HRB
74
70
72
72
70
Průměrná hodnota tvrdosti ZM 71,6
Obr. 26 Vtisk ocelové kuličky - metoda HRB Struktura vyleštěného povrchu při zvětšení je viditelná na snímcích obr. 27 a obr. 28 ukazující značný obsah nečistot v základním měkkém materiálu. V obou případech je patrná řádkovaná struktura vzniklá válcováním při výrobě vačkových hřídelí. Nečistotami jsou sirníky železa, které vystupují v řádkované struktuře znázorněné a označené na obr. 29. Materiálem je feriticko perlitická ocel s převahou feritu, což je z obrázku velice dobře patrné (perlit představují tmavé oblasti, ferit představují světlé oblasti).
53
Obr. 27 Vyleštěný povrch základního materiálu
Obr. 28 Naleptaná struktura základního materiálu
54
Zaválcovaný sirník ve struktuře
Obr. 29 Ukázka řádkové struktury nečistot
7.5.2 Výsledky mikrotvrdosti Na snímku, obr. 30, se jedná o čep č.1, jehož povrch je upraven cementováním z prvovýroby. Na povrchu je zřejmý výskyt lamel perlitu s extrémní disperzitou. Hodnoty mikrotvrdosti jsou uvedeny v tabulce Tab. 8
Obr. 30 Cementovaná vrchní vrstva
55
VZOREK 20 Na snímku, obr. 31, se jedná o čep č.2, který byl upraven metodou uvedeného žárového nástřiku za použití přídavného materiálu K20. Hodnoty na obrázku udávají tloušťku nanesené vrstvy přídavného materiálu po následném broušení. Jedná se o měkký materiál, výsledné hodnoty mikrotvrdosti uvádí tab. 8. Nástřik materiálu je velmi kvalitní bez bublin a nedokonalostí zejména v přechodové vrstvě cementovaného povrchu.
Obr. 31 Mikrostruktura vzorku 20
VZOREK 40 Na snímku, obr. 32, se jedná o čep č.3, který byl upraven metodou uvedeného žárového nástřiku za použití přídavného materiálu K40. Hodnoty na obrázku udávají tloušťku nanesené vrstvy přídavného materiálu po následném broušení. Hodnoty jsou téměř poloviční oproti předchozímu vzorku, to je způsobeno velikostí nastavené třísky při obrábění. Tloušťka vrstvy není na jejím kritickém minimu, protože nedochází k odlamování, které by bylo po obrábění patrné. Mikrotvrdost vzorku je opět uvedena v tab. 8
56
Obr. 32 Mikrostruktura vzorku 40 U tohoto vzorku byl při zvětšení na hodnotu 400x pořízen následující snímek, obr č.33, na kterém můžeme pozorovat množství drobných dutin na rozhraní základního materiálu a samotného nástřiku.
Obr. 33 Mikrostruktura vzorku 40
57
VZOREK 50 Na snímku, obr. 34, se jedná o poslední ze zkoušených, čep č.4, taktéž upravený metodou uvedeného žárového nástřiku za použití přídavného materiálu K50. Hodnoty na obrázku udávají tloušťku nanesené vrstvy přídavného materiálu po následném broušení. V tomto případě se neobjevují žádné drobné dutinky na rozhraní materiálů, ale vidíme zde jinou nedokonalost ve podobě děr v povlaku označených na snímku tohoto vzorku.
Díra
Obr. 34 Mikrostruktura vzorek 50
V následující tabulce č. 8 se nacházející výsledné hodnoty jednotlivých měření zkoumaných vzorků vačkové hřídele. Hodnoty jsou v jednotkách tvrdosti podle Vickerse (HV). Z výsledků je zřejmé, že naměřené hodnoty mikrotvrdosti čepu upraveného cementováním (čep č.1) a ostatních čepů (čepy č. 2, 3, 4), opatřených povlakem zvolenou renovační metodou jsou jen nepatrně vzájemně odlišné. Z toho vyplývá, že provedená renovace čepů (z důvodu opotřebení strojní součásti) na původní rozměry těchto čepů nepřinesla zjevné zlepšení odolnosti proti opotřebení. Lepších vlastností žárových nástřiků bychom dosáhli při použití přídavného materiálu kvalitnějšího chemického složení.
58
Tab. 8 Tabulka měření mikrotvrdosti
Číslo měření
1
2
3
4
5
Zákl. materiál
132
127
121
148
137
Ø mikrotvrdost (HV) 133
Cementování
404
384
418
425
411
408,4
Vzorek 50
425
418
418
425
411
419,4
Vzorek 40
404
411
404
397
397
402,6
Vzorek 20
258
245
248
262
239
250, 4
7.6 Možnosti využití metody v technické praxi Termické povlaky obecně jsou využívány pro jejich širokou nabídku přídavných materiálů v celé řadě průmyslových odvětví v prvovýrobě i renovačních aplikacích. V prvovýrobě je nanášení povlaků zastoupeno především plazmovou technologií nebo detonačním nanášením oproti renovacím, kde je typické použití technologie nástřiku plamenem, popř. elektrickým obloukem. Žárový nástřik plamenem se v největším měřítku uplatnil v oblasti automobilové techniky, při opravách zemědělských strojů, v textilním a chemickém průmyslu. Příkladem využití metody v automobilovém průmyslu jsou renovace čepů vačkových hřídelí, klikových hřídelí, renovace průměrů hřídelových částí (hřídele startérů, čerpadel, unašečů aj.), renovace vložek válců, přepážek tlumičů, dříků ventilů, vahadel aj. Při opravách v zemědělství lze uvést renovace prstů a žabek žacích strojů, pístnic, lopatek rozmetačů, kultivátorů, pluhů, šneků, dopravníků a samozřejmě motorových částí zemědělských strojů. Typickým využitím pro renovační aplikace v textilním a chemickém průmyslu jsou povrchy vodících kladek výrobních linek, povlaky hydraulických válců, šneky, nože a jiné řezné nástroje, dopravníky, baličky výrobků, funkční plochy výtahů a podávacích zařízení.
59
8 ZÁVĚR Uvedená práce na téma „Renovace funkčních ploch rotačních součástí“ se zabývá v teoretické části objasněním pojmů metod renovace pro přiblížení daných situací a potřeb renovačních procesů, které se řadí ve strojírenství ke každodenním potřebám v nejrůznějším prostředí. Význam renovací je stále aktuální a při výčtu uvedených technologických možností provedení renovací a jejich ekonomických přínosů lze vyzvednout pojem renovace na prvotní místo spolu s ekonomickým řešením problematiky poruch v provozu strojních součástí. Konkrétněji se práce v závěrečné části zaměřuje na zkoumání vlastností žárového nástřiku provedeného formou nástřiku plamenem zhotoveným ve firmě Agromotor Velké Meziříčí. Povrch zkoušené vačkové hřídele je prvovýrobou cementován pro použitelnost v motorovém prostředí. Po dosažení jejího mezního stavu technického života bylo zapotřebí přistoupit k výměně či renovaci strojní součásti pro obnovu provozuschopnosti stroje. Vzhledem k náročnosti výroby této strojní součásti se nabízelo jako vhodné řešení volit použitou metodu renovace spojenou s nejnižšími náklady na opravu strojní součásti. Jedná se o čepy vačkové hřídele pro uložení v hlavě válců, které byly opatřeny povlakem přídavných materiálů známého chemického složení. Jednotlivé čepy jsem připravil a vhodným způsobem zkoumal jejich strukturu, mikrostrukturu a tvrdost. Z výsledků prováděných operací při zkouškách dané strojní součásti je výsledná tvrdost žárových nástřiků. Nejvyšší tvrdost vykazuje prášek na čepu č. 4, čep s přídavným materiálem 50, u kterého byly zjištěny průměrné hodnoty mikrotvrdosti 419,4 HV. Oproti tomu čep č. 2, čep s přídavným materiálem 20, zdaleka svou tvrdostí nedosahuje hodnot tvrdosti cementované vrchní vrstvy původního čepu (vzorek č. 1) a pro renovaci čepů vačkové hřídele je nevhodný. Výsledné vlastnosti povlaků nanesených pomocí žárového nástřiku plamenem znatelně nepřevyšují tvrdostní vlastnosti strojní součásti z prvovýroby. Z toho vyplývá, že se jedná pouze o renovaci na původní rozměr, kdy tato technologie nenáročná na postup i kvalifikaci pracovníků provádějících tyto aplikace se ukazuje jako velmi významná.Vzhledem k možnosti využití většiny přídavných materiálů a různorodosti jejich chemického složení je vhodná jak pro veškeré funkční plochy rotačních motorových součástí, tak je použitelná v řadě dalších průmyslových aplikací. Prováděné žárové nástřiky jsou z hlediska kvality vyhovující. Občasné chyby povlaků viditelných na snímcích mikrostruktury zobrazujících nanesení vrstvy přídavného materiálu se nevyskytují v takové míře, aby se jednalo o nežádoucí
60
kvalitu povlaků. Příčinou
nepatrných dutin povlaků jsou zvolené prášky. Doporučil bych se zaměřit na kvalitu přídavného materiálu práškové formy výběrem vhodnějšího chemického složení s nezbytným vhodným uskladněním prášku.
61
9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] AMBROŽ, O. Technologie svařování. 1. vyd. Ostrava: ZEROSS, 2005. 393 s. ISBN 8085771-81-0
[2] AMBROŽ, O., Just, D., Kubíček, J.: Teorie svařování : cvičení. Brno : Ediční středisko Vysokého učení technického. 1990 , 44 s.
[3] AMBROŽ, O., KAŠPAR. J. : Žárové nástřiky a jejich průmyslové využití. SNTL Praha. 1990, 1.vydání – 318 s.
[4] HAVLÍČEK, J. a kolektiv: Provozní spolehlivost strojů (2. přepracované vydání). Státní zemědělské nakladatelství. Praha 1989, 616 stran ISBN 80-209-0029-2
[5] POŠTA, J., HAVLÍČEK, J., ČERNOVOL, M. I.: Renovace strojních součástí. SVÚM a.s. – ČTS, Praha, 1998, 2.vydání – 160 s. ISBN: 80-902015-6-3
[6] KADAŇKA, P.: Technologické trendy v oblasti navařování. MZLU Brno 2008, Bakalářská práce
[7] KUBÍČEK, J.: Studijní opory - Technologie II, část svařování, určeno pro předměty: CTV Technologie výroby, 5TE - Technologiemi, ETV-K Technologie svařování, ETR Technologické postupy, HSV- Speciální technologie svařování, HRP - Renovace a povrchové úpravy. www stránky ÚST, odbor technologie svařování a povrchových úprav, VUT FSI Brno, 2006, 187 stran, 36 videoklipů. [8] Kolektiv autorů: Návary a žárové nástřiky, sborník přednášek. Dům techniky ČSVTS Ostrava 1990. ISBN 80-02-00407-8
[9] MINAŘÍK,V.., Přehled metod svařování., SDSM 3/2007, TM nakladatelství,Ostrava [10] Kolektiv autorů: Renovace a opravy kovů svařováním, stříkáním, lepením. Dům techniky ČSVTS Pardubice 1980, 1.vydání – 113 s.
[11] FILÍPEK, J.: Technické materiály (přednášky). MZLU 1988, 1.vydání – 196 s.
62
[12] HAVLÍČEK, J.: Strojírenská technologie. SNTL 1984, 1.vydání - 68 s. DT 621.002 (075.3)
[13] Kolektiv autorů: Renovace a opravy navařováním. Dům techniky ČSVTS Pardubice 1987. 1.vydání – 120 s. 57/410/87
[14] MALEŘ, J.: Renovace strojních součástí. SNTL 1963, 1.vydání – 263 s. DT 621.81
[15] INTERNET : •
www.wirpo.cz
•
www.svarak.cz
•
www.servisarmatur.cz
•
www.weldmasters.cz
•
www.esab.com
•
www.kmm.zcu.cz
•
www.konstrukce.cz
•
www.mth-hrazdil.cz
•
www.toolscomp.cz
10 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Čep ................................................................................................................................ 18 Obr. 2 Strukturní změny oceli................................................................................................... 19 Obr. 3. Plamen s přebytkem acetylénu ..................................................................................... 21 Obr. 4 Schéma ručního navařování obalovanou elektrodou.................................................... 23 Obr. 5 Návar metodou MIG/MAG............................................................................................ 24 Obr. 6 Návar metodou MIG/MAG ........................................................................................... 24 Obr. 7 Zdroj pro MIG/MAG navařování + schéma navařování.............................................. 25 Obr. 8 Schéma vibračního navařování..................................................................................... 26 Obr. 9 Odporové navařování ................................................................................................... 27 Obr. 10 Elektrostruskové navařování....................................................................................... 28 Obr. 11 Navařování pod tavidlem ............................................................................................ 29
63
Obr. 12 Schéma TIG hořáku .................................................................................................... 31 Obr. 13 Schéma plazmového navařovacího hořáku................................................................. 34 Obr. 14 Princip laserového navařování ................................................................................... 35 Obr. 15 Příprava podložky třískovým obráběním .................................................................... 37 Obr. 16 Schéma žárového nástřiku při nanášení plamenem.................................................... 41 Obr. 17 Plynový hořák 1 ....................................................................................................... 42 Obr. 18 Plynový hořák 2 ......................................................................................................... 42 Obr. 19 Plynový hořák 3 ......................................................................................................... 42 Obr. 20 Schéma žárového nástřiku elektrickým obloukem ..................................................... 43 Obr. 21 Schéma plazmového hořáku ....................................................................................... 45 Obr. 22 Vtisk podle Vickerse .................................................................................................... 49 Obr. 23 Objektiv s mikrotvrdoměrem ....................................................................................... 49 Obr. 24 Vačková hřídel (AGROMOTOR) ................................................................................ 51 Obr. 25 Laboratorní pila MIKRON 110................................................................................... 52 Obr. 26 Vtisk ocelové kuličky - metoda HRB .......................................................................... 53 Obr. 27 Vyleštěný povrch základního materiálu ...................................................................... 54 Obr. 28 Naleptaná struktura základního materiálu ................................................................. 54 Obr. 29 Ukázka řádkové struktury nečistot.............................................................................. 55 Obr. 30 Cementovaná vrchní vrstva......................................................................................... 55 Obr. 31 Mikrostruktura vzorku 20............................................................................................ 56 Obr. 32 Mikrostruktura vzorku 40............................................................................................ 57 Obr. 33 Mikrostruktura vzorku 40............................................................................................ 57 Obr. 34 Mikrostruktura vzorku 50............................................................................................ 58
11 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Tabulka přebytku acetylenu ve směsi............................................................................ 21 Tab. 2 Tabulka volby elektrod podle tloušťky svařovaného materiálu. ................................... 23 Tab. 3 Tabulka volby elektrod podle velikosti svařovacího proudu. ....................................... 23 Tab. 4 Tabulka rozlišení wolframových elektrod ..................................................................... 30 Tab. 5 Proudová zatížitelnost wolframových elektrod ............................................................. 32 Tab. 6 Chemické složení práškových směsí.............................................................................. 50 Tab. 7 Tabulka tvrdosti základního materiálu ZM................................................................... 53 Tab. 8 Tabulka měření mikrotvrdosti....................................................................................... 59 64
65
