Попов. восстан детал

Значения коэффициентов а для различных металлов приведены

ниже:
Сr	0,01...0,16 ;
Сu	0,96...0,98 ;
Fe	0,85...0,90 ;
Pb	0,97...0,98 ;
Zn	0,98...0,99 .

Продолжительность электролиза, необходимая для достижения за-

данной (или расчетной) толщины покрытия:
,	(2.17)

где h – толщина покрытия, мм; р – плотность осаждаемого металла, г/см3; Dk – катодная плотность тока, А/дм2; α – выход металла по току, %.

Формула выведена для условий равномерного осаждения металла при электролизе.

Толщина покрытия для отверстия

(2.18)

где dp – диаметр отверстия после механической обработки для получения правильной геометрической формы отверстия перед гальваническим нанесением покрытия, мм; d – диаметр отверстия по рабочему чертежу, мм; А – припуск на шлифование (при шлифовании А = 0,05...0,1 мм). Для вала

,

(2.19)

где d – диаметр вала по рабочему чертежу, мм; dp – диаметр вала после механической обработки для получения правильной геометрической формы вала перед гальваническим нанесением покрытия, мм.

Толщина покрытия, нанесенного на поверхности деталей, как правило, получается неравномерной, поскольку электрическое поле неравномерно распределяется по поверхности катода. Силовые линии электрического поля распределяются в объеме электролита неравномерно, концентрируясь на краях катода и выступающих его частях (рис. 2.35). На тех участках катода, где силовых линий больше, плотность тока больше и, следовательно, толщина покрытия наибольшая по причине неудовлетворительной рассеивающей способности электролитов.

91

Рис. 2.35. Схема распределения силовых линий в электролите

Под рассеивающей способностью электролита понимают его свойство обеспечивать получение равномерных по толщине покрытий на поверхностях деталей. Электролиты, обладающие хорошей рассеивающей способностью, обеспечивают высокую равномерность толщины покрытия поверхностей катодов. Рассеивающая способность электролита зависит от его состава: ее можно улучшить, изменяя концентрацию основных солей, вводя специальные добавки, а также изменяя режим электролиза.

Например, снижение плотности тока, повышение температуры и перемешивание кислого электролита способствуют улучшению рассеивающей способности. Более равномерное по толщине покрытие можно получить применением фигурных анодов, копирующих форму детали, дополнительных катодов, токонепроводящих экранов, а также благодаря рациональному размещению деталей относительно анодов.

Кроющая способность электролита – способность электролита на-

носить на углубленные поверхности детали покрытия того же качества, что и на выступающих поверхностях детали. Кроющая способность электролита в основном определяется его концентрацией, а также может изменяться использованием фигурных анодов. С увеличением концентрации основной соли в электролите кроющая способность электролита улучшается.

Металлические покрытия, получаемые в гальванических ваннах, имеют кристаллическое строение. Внедрение водорода, выделяющегося на катоде, приводит к появлению значительных внутренних напряжений в кристаллической решетке покрытия. Поэтому структура электролитического металла и его свойства отличаются от структуры и свойств литого металла.

92

Гальванические покрытия имеют, как правило, высокую поверхностную твердость и хрупкость. Значительные внутренние напряжения в покрытиях приводят к снижению усталостной прочности деталей. На внутренние напряжения и другие свойства покрытий большое влияние оказывает состав электролита и режим нанесения покрытий. Изменяя параметры режима процесса нанесения покрытия и состав электролита, можно управлять свойствами покрытия.

2.6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПАЙКОЙ

2.6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Пайкой (паянием) называют процесс получения неразъемного соединения металлов, находящихся в твердом состоянии, при помощи расплавленного вспомогательного (промежуточного) металла или сплава, имеющего температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы.

При ремонте автомобилей пайку применяют для устранения трещин и пробоин в радиаторах, топливных и масляных баках и трубопроводах, приборах электрооборудования, кабин, оперения и т. д.

Пайка, как способ восстановления деталей, имеет следующие преимущества: простота технологического процесса и применяемого оборудования; высокая производительность процесса; сохранение точной формы, размеров и химического состава деталей (а при пайке легкоплавкими припоями – сохранение структуры и механических свойств металла); простота и легкость последующей обработки, особенно после пайки тугоплавкими припоями; небольшой нагрев деталей (особенно при низкотемпературной пайке); возможность соединения деталей, изготовленных из разнородных металлов; достаточно высокая прочность соединения деталей; низкая себестоимость восстановления детали.

Основной недостаток пайки – некоторое снижение прочности соединения деталей по сравнению со сваркой.

Припой в процессе паяния в результате смачивания образует с поверхностью спаиваемой детали зону промежуточного сплава, причем качество паяния в таком случае при наличии чистых металлических поверхностей будет зависеть от скорости растворения данного металла в припое: чем скорость растворения больше, тем качество пайки лучше. Иначе говоря, качество паяния зависит от скорости диффузии. Увеличению степени диффузии способствуют:

• наличие чистых металлических поверхностей спаиваемых деталей. При окисленной поверхности степень диффузии припоя значительно уменьшается или полностью отсутствует;

93

•предотвращение окисления расплавленного припоя в процессе пайки, для чего применяются соответствующие паяльные флюсы;

•паяние при температуре, близкой к температуре плавления спаиваемой детали;

•медленное охлаждение после паяния.

Взависимости от назначения спаиваемых деталей швы пайки подразделяются: на прочные швы (должны выдерживать механические нагрузки); плотные швы (не должны пропускать жидкостей или газов, находящихся под слабым давлением); прочные и плотные швы (должны выдерживать давление жидкостей и газов, находящихся под большим давлением).

Впаяемых конструкциях применяют стали всех типов, чугуны, никелевые сплавы (жаропрочные, жаростойкие, кислотостойкие), медь и

еесплавы, а также легкие сплавы на основе титана, алюминия, магния и бериллия. Ограниченное применение имеют сплавы на основе тугоплавких металлов: хрома, ниобия, молибдена, тантала и вольфрама.

Родственным пайке процессом является лужение, при котором поверхность металлической детали покрывают тонким слоем расплавленного припоя, образующего в контакте с основным металлом припойсплав переменного состава с теми же зонами, что и зоны при пайке. Лужение можно применять как предварительный процесс с целью создания более надежного контакта между основным металлом и припоем или как покрытие для защиты металлов от коррозии.

2.6.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПАЯНИЯ И ЛУЖЕНИЯ

Технологический процесс паяния состоит из следующих операций: механической (шабером, напильником, шлифовальной шкуркой) или химической очистки. Промежуток между двумя поверхностями должен быть везде одинаков и не превышать 0,1...0,3 мм. Такой небольшой промежуток необходим для образования капиллярных сил, которые способствуют засасыванию припоя на значительную глубину от кромки. Если спаиваемые поверхности имеют следы жира или масла, то их обрабатывают горячим раствором щелочи. Обычно берут 10 %-ный раствор соды. Если механически очистить детали по какой-либо причине нельзя, то применяют травление деталей в кислотах. Обычно берут 10 %-ный раствор серной кислоты для меди и ее сплавов, а для деталей из черных металлов – 10 %-ный раствор соляной кислоты, причем раствор должен быть подогрет до 50–70 °С:

•покрытия флюсом;

•нагревания (паяльником, паяльной лампой и другим способом);

94

•предварительного облуживания припоем (паяльником, или натиранием, или погружением в припой).

Предварительное лужение имеет весьма важное значение, так как в этом случае достигаются повышенные прочность и плотность спая. В случае невозможности предварительного лужения паяние ведут и по чистой поверхности, но результаты будут более низкими. Для предварительного лужения применяется тот же припой, какой применяется и для последующего паяния:

•скрепления мест для спаивания, покрытия их флюсом и нагревания. Детали скрепляют, чтобы места соединений не расходились при небольших механических воздействиях, например при наложении паяльника;

•введение припоя, его расплавление и удаление излишков припоя,

атакже остатков флюса.

Метод паяния в значительной мере зависит от типа применяемого припоя. Наиболее характерные случаи паяния: паяльником с применением мягких припоев; ручной паяльной лампой с применением обычно твердых припоев; электрическое паяние (место спая служит сопротивлением, через сопротивление пропускается ток низкого напряжения).

При паянии паяльником обычно применяют припои, температура плавления которых не выше точки плавления свинца (327 °С). Такое паяние производят тогда, когда детали не подвергаются большим нагрузкам или требуют в дальнейшем распаивания. Если детали подвергаются в процессе работы нагреванию до высоких температур, паяние паяльником с применением мягких припоев исключается.

Подготовку паяльника для работы производят одновременно с подготовкой деталей. Паяльник слегка проковывают (частично для удаления нагара и окислов), зажимают в тиски и опиливают так, чтобы рабочая часть его была полукруглой. Если опиливать паяльник без предварительной проковки, то он скоро изнашивается. Конец паяльника делают полукруглым потому, что в этом случае он не так быстро охлаждается, как острый, лучше прогревает места спайки и равномернее разъедается жидким припоем.

После механической подготовки паяльник облуживают, для чего нагревают его не выше 400 °С; конец паяльника опускают в водный раствор хлористого цинка, после чего горячим паяльником трут о кусок припоя до тех пор, пока вся рабочая часть не покроется слоем полуды.

При работе паяльник должен иметь температуру, удовлетворяющую следующему требованию: если паяльник приложить рабочим местом к прутку припоя, часть припоя, прилегающая к паяльнику, должна

95

расплавиться через 0,5...1 с. Во время работы температура паяльника должна быть такова, чтобы капли припоя, приставшие к паяльнику, были в жидком состоянии.

Более удобный способ облуживания паяльника заключается в следующем: в куске нашатыря (хлористого аммония) делают небольшие углубления и туда кладут кусочки припоя. Проводя горячим паяльником вперед и назад по твердому нашатырю, одновременно касаются и припоя. Таким образом паяльник облуживается быстрее.

Если нагретым паяльником коснуться шва и одновременно к шву подложить кусок припоя в виде прутка, ленты или проволоки, то припой расплавится и проникнет в шов. Излишек припоя разглаживают по шву паяльником. Припой также наносят на шов паяльником, так как к паяльнику всегда прилипают капли припоя, и если концом паяльника проводить по шву, жидкий припой всасывается в шов. Чтобы новые капли припоя перешли на паяльник, его снова отнимают от шва и прикладывают к куску припоя.

Технологический процесс лужения состоит из следующих операций:

•очистки поверхности от посторонних веществ металлической щеткой, песком, известью или шлифовальной шкуркой;

•обезжиривания бензином или горячим водным раствором соды или едкого натра;

•промывки в воде;

•химической чистки от окислов травления в кислотах;

•покрытия флюсами (хлористым цинком) кистью или погружением в водный раствор флюса;

•подогревания до температуры плавления полуды и лужения. Лудят небольшие предметы паяльником. Лужение больших пред-

метов производят методом натирания. Для этого изделие смачивают раствором хлористого цинка и нагревают до температуры плавления олова, после чего посыпают порошкообразной смесью олова с хлористым аммонием (нашатырем). Олово при этом плавится и, растертое паклей, образует на поверхности ровный слой. После лужения остатки флюса отмывают горячей водой.

2.6.3. ПАЙКА ЧУГУНА

Чтобы запаять трещину или иной дефект в чугунной детали мягким припоем, производят тщательную механическую очистку места паяния и хорошо смачивают его соляной кислотой. Затем это место обрабатывают водным раствором хлористого цинка, посыпают порошком наша-

96

тыря (хлористого аммония) и подогревают паяльником или паяльной лампой. Нагревать место пайки надо до тех пор, пока не станет плавиться поднесенный к нему припой. Тогда натирают припоем место спайки и сейчас же протирают его порошком нашатыря, нанесенного на густую металлическую щетку или паклю. Эта операция – предварительное лужение перед паянием. Пока деталь еще горячая, запаивают трещины или иные дефекты паяльником, перемещая его от одного конца трещины к другому. Если припой не проходит в трещину, необходимо с обоих краев ее снять небольшую фаску, вылудить это место и снова произвести паяние. Излишек припоя снимается шабером или напильником.

2.6.4. ПАЙКА АЛЮМИНИЯ

Для паяния алюминия на паяльник надевают рифленый наконечник (рабочая часть его пропилена трехгранным напильником). Насадку изготовляют из стали и закаливают, с тем чтобы зубцы не срабатывались. Насадку вытачивают на токарном станке, и ее конец спиливают. Трубку насадки пропиливают ножовкой на четыре части, это создает пружинистость насадки, и она плотно вставляется в рабочую часть обычного паяльника. Диаметр отверстия в насадке высверливают в соответствии с диаметром рабочего конца паяльника.

Места спая тщательно очищают до блеска, на зубчики насадки берут расплавленную канифоль и наносят на спаиваемое место. Когда в процессе облуживания канифоль начнет покрывать алюминий, паяльник короткими движениями передвигают взад и вперед, и зубцы будут скоблить металл. Таким методом очищают всю поверхность места спая, после чего облуживают очищенные места. Затем приступают к паянию. Для этого берут на паяльник каплю олова, предварительно посыпанную канифолью, и подносят к облуженному месту. Если оно шероховатое, то паяльником снимают эту шероховатость, которая представляет собой пористое олово, смешанное с частичками окиси алюминия, образующейся из-за недостатка флюса. Предварительно на место спая насыпают канифоль, берут на паяльник каплю олова и наносят на спаиваемый шов. Как только олово смочит место спая, паяльник снимают с металла. Затем паяние производят вторично, для этого место спая снова посыпают канифолью.

При паянии алюминия, особенно в процессе его лужения, паяльник следует хорошо разогреть и длительное время держать на одном месте, и после прогрева металла медленно водить по спаиваемому шву.

Для паяния алюминиевых сплавов рекомендуются припои ПОС-50 и ПОС-90. Флюсом служит минеральное масло (особенно рекомендует-

97

ся оружейное). Предварительно на спаиваемые швы наносят флюс и затем зачищают места пайки. Паяние ведут мощным, хорошо прогретым паяльником. Перед началом паяния металл следует хорошо прогреть. Для паяния алюминиевых сплавов выпускается и специальный припой П-250А, он состоит из 80 % олова и 20 % цинка. Флюсом служит смесь йодида лития (2...3 г) и олеиновой кислоты (20 г). Перед работой паяльник необходимо облудить указанным припоем, пользуясь канифолью. Спаиваемые поверхности очищают от остатков флюса марлевым тампоном, смоченным в ацетоне.

2.6.5. ПРИПОИ И ФЛЮСЫ

Металл или сплав, при помощи которого ведется пайка, называется припоем. По температуре плавления припоев процессы пайки подразделяются на два основных вида: пайка легкоплавкими (мягкими) припоями и пайка тугоплавкими (твердыми) припоями.

К легкоплавким относятся припои, температура плавления которых ниже 450 °С, а к тугоплавким – припои, температура плавления которых выше 450 °С (рис. 2.36). К припоям предъявляются следующие основные технологические требования: высокая жидкотекучесть и хорошая смачиваемость соединяемых поверхностей; устойчивость к коррозии; достаточная прочность и пластичность; температура плавления ниже, чем у соединяемых металлов.

Легкоплавкие припои представляют собой сплавы цветных металлов. Наибольшее применение получили оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 и ПОС-61. Цифры показывают процентное содержание олова в припое. Эти припои имеют хорошую смачиваемость поверхности большинства металлов и высокую пластичность. Их низкая температура плавления (менее 450 °С) позволяет проводить пайку простейшими средствами (паяльниками). С увеличением содержания олова в припое повышается механическая прочность и коррозийная стойкость соединения, но также увеличивается и стоимость припоя. Свинец повышает пластичность припоя. Эти припои применяют для восстановления деталей, работающих при высоких температурах

инебольших нагрузках, т.е. для радиаторов, коллекторов генераторов, топливных баков, электропроводов и др.

Легкоплавкие припои, оловянно-цинковые типа П-200, П-250А, используют для пайки алюминия, его сплавов и меди. Тугоплавкие припой представляют собой чистые цветные металлы и их сплавы.

Для пайки черных металлов применяют медные припои марок M1

иМ2. Они весьма жидкотекучи, хорошо смачивают поверхности и дают

98

Рис. 2.36. Классификация припоев по температуре плавления

прочные и пластичные соединения. Недостаток – высокая температура плавления (1083 °С).

Медно-цинковые припои марок ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54, Л-62 и Л-68 (цифры указывают процентное содержание меди в припое) применяют для пайки меди, бронзы, латуни и черных металлов. С увеличением содержания цинка в этих припоях уменьшается прочность и возникает хрупкость, но цинк снижает температуру плавления припоя. Поэтому пайку латуни проводят припоем ПМЦ-36, а сталь и чугун лучше паять припоем Л-62.

Лучшие тугоплавкие припои – серебряно-медно-цинковые марок ПСр10, ПСр12М, ПСр25, ПСр45, ПСр65 и ПСр70 (цифры указывают процентное содержание серебра в припое) – позволяют получать высокопрочные и пластичные соединения, но очень дорогие. Эти сплавы применяют для пайки ответственных деталей из стали, меди и ее сплавов. Флюсы при пайке используют жидкие и твердые. В случае применения легкоплавких припоев берут жидкие флюсы, представляющие собой водные растворы хлористого аммиака (нашатырь) и хлористого

99

цинка (цинк, протравленный соляной кислотой). Концентрация раствора в пределах 25...50 %. Для пайки меди (проводов) в качестве флюса часто используют чистую канифоль или соединения на ее основе.

Пайку тугоплавкими припоям ведут с твердыми флюсами, представляющими собой порошки буры и ее смеси с борной кислотой и борным ангидридом. Наибольшее применение имеет чистая бура, прокаленная перед употреблением при температуре 400...460 °С. Для пайки алюминия и его сплавов удобны флюсы Ф320А, Ф380А и другие, содержащие хлористый литий, фтористый натрий и хлористый цинк, активно разрушающие окисную пленку алюминия.

2.6.6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПАЯЛЬНЫХ РАБОТ

При пайке деталей используют различные припои и флюсы, которые содержат вредные для здоровья работающих элементы, – это свинец, цинк, литий, калий, натрий, кадмий и др. Эти элементы и их окислы в виде пыли, паров и аэрозолей загрязняют воздух в помещении. Поэтому, кроме общей вентиляции, рабочие посты паяльщиков должны быть оборудованы местными отсосами.

Для защиты рук от попадания на них кислотных флюсов и от ожогов расплавленным припоем следует применять рукавицы из асбестовой ткани. При пайке методом погружения, во избежание разбрызгивания расплавленного припоя, детали необходимо подогревать до температу-

ры 110...120 oС.

Промывку деталей от остатков кислотных флюсов следует производить в специальных ваннах. Слив воды из ванны в канализацию допускается только после соответствующей очистки воды.

При работе паяльником обязательно соблюдают следующие правила: ручка электрического паяльника должна быть сухой, не проводящей тока; горячий паяльник укладывают на специальную металлическую подставку; перегретый паяльник не охлаждают в жидкости; запрещено выполнять пайку деталей, в которых находились легковоспламеняющиеся материалы без предварительной очистки и промывки деталей, а также вблизи легковоспламеняющихся материалов, при отсутствии местной вентиляции; тщательно моют руки после работы.

2.7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ АНТИФРИКЦИОННЫМИ СПЛАВАМИ

Этот способ восстановления применяется в основном для подшипников скольжения (вкладышей) коленчатых валов и втулок распредели-

100