Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов 

Эффективным методом поверхностного упрочнения деталей машин является наплавка материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Этот метод экономичен, так как наплавке подвергают только те поверхности, которые рабо­тают в условиях интенсивного изнашивания и, как правило, масса наплавлен­ного материала составляет малую долю от массы детали.

Долговечность упрочненных деталей определяется свойствами наплавлен­ного материала, поэтому наносимый материал или сплав выбирают с учетом условий эксплуатации детали и применяемого метода наплавки.

Большое применение имеют следующие группы наплавочных материалов:

1)  стали, легированные марганцем, хромом, никелем, вольфрамом, молиб­деном;                                                                                                               -

2)  сплавы на основе железа — высокохромистые, вольфрамовые, молиОде-новые, чугуны, а также сплавы с высоким содержанием хрома, вольфрама, кобальта,  молибдена;

3)  сплавы на основе вольфрама, кобальта, никеля.

Наиболее широко применяют механизированную электродуговую наплавку стальной легированной проволокой (ГОСТ 10543—63). Для повышения изно­состойкости и коррозионной стойкости часто применяют высокохромистые на­плавочные проволоки марок Св-ЮХ13, Св-08Х14ГТ, Св-ЮХ17Т.

При ручной дуговой и газовой наплавке для упрочнения деталей, работа­ющих в условиях абразивного изнашивания, рекомендуются электроды марок Т590, Т620, БХ-2 и 13КН, обеспечивающие твердость наплавленного слоя в пределах HRC 57—63 без термической обработки.

Производительность и качество наплавочных работ значительно повы­шаются при использовании металлической ленты вместо электродной про­волоки. Ленты марок 7Х15ГС и 43 обеспечивают твердость наплавленного металла HRC 45—53 и хорошо себя зарекомендовали для повышения стой­кости деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания. Перспектив­ным является метод наплавки порошковой проволокой, разработанный в инсти­туте электросварки им. Е. О. Патона (табл. 6.8). Наплавку можно произво­дить под слоем флюса и в среде углекислого газа. Особенно перспективно применение порошковой проволоки с внутренней защитой, которая содержит кроме легирующих элементов газо- и шлакообразующие материалы, защища­ющие зону наплавки от азота и кислорода воздуха и позволяющие проводить наплавку  открытой  дугой.

К группе наплавочных сплавов на основе железа относятся высоколегиро­ванные хромистые, вольфрамовые и молибденовые чугуны, которые обладают высокой твердостью и износостойкостью. Эти свойства обусловлены высоким содержанием карбидов перечисленных элементов в этих сплавах. Благодаря таким свойствам эти сплавы часто называют твердыми.

Наиболее часто для упрочнения применяют сплавы сормайт № 1 (ЦС-1), сормайт № 2 (ЦС-2), сталинит и Висхом-9.

Сормайт №1 (содержит 25—31% Сг и 3—5% Ш) рекомендуется для упрочнения деталей, работающих при безударных нагрузках в условиях абразивного изнашивания — деталиТцентро-бежных насосов, запорные органы трубо­проводной арматуры и др. С о р м а й т № 2 (содержит 13—17,5% Сг и 1,3— 2,2% №) обладает большей вязкостью и по­этому применяется для упрочнения деталей^ работающих при ударных нагрузках. На­плавку сормайтом обычно осуществляют прутковыми электродами диаметром 5-^-7 мм или порошковой проволокой. Твердость поверхности наплавленной электродом ЦС-1 равна HRC 48—54, а наплавленной элек­тродом ЦС-2 составляет HRC 39—45. Слой, наплавленный электродом ЦС-2, может быть подвергнут последующей закалке до твердо­сти HRC 56—60. Весьма перспективна воз­можность упрочнения сормайтом опоры скольжения бурового долота.

Сталинит и Висхом-9 — гранулированные твердые сплавы, пред­ставляющие собой механическую смесь одного или нескольких металлов с углеродом (табл. 6.9). Наплавку этих сплавов выпол­няют ручной электродуговой сваркой, для чего на поверхность детали насыпают тон­кий слой прокаленной буры и слой шихты сплава. Зигзагообразное движение уголь­ного электрода обеспечивает сплавление шихты с основным металлом. Применение порошковой проволоки повышает произво­дительность и качество наплавки. Вслед­ствие высокой твердости наплавленного слоя  {HRC 52—62), этот вид наплавки ис-

пользуют для деталей, не требующих последующей  механической оораиотки.

Сталинитом наплавляют детали рабочих органов строительных машин (ножи, зубья, щеки и др.).

Представляет интерес возможность упрочнения рабочих поверхностей деталей валов (консольные цапфы) наплавкой трением износостойкого слоя белого  чугуна  (рис. 6.16).   Для  наплавки  использовалась    стружка   белого

чугуна следующего химического состава (в %): 2,63С; l,05Si; 0,04Gr; 0 5Mir €,11Р; 0,US. Исследования, проведенные в МИНХиГП им. И. М. Губкина' показали, что износостойкость наплавленного слоя белого чугуна превышает износостойкость  закаленной  стали  45   (рис. 6.17).

Упрочнение деталей наплавкой трением можно применять при ремонте .машин.

Сплавы на основе вольфрама, кобальта и никеля применяют для упроч­нения деталей, работающих в условиях ударных нагрузок, больших давлений высоких температур и коррозии. Наибольший интерес представляют релит ТЗ и вокар, получившие широкое применение в нефтяной промышленности Релит ТЗ относится к литым карбидам вольфрама следующего химического состава: 95,5—96% вольфрама; 3,8—4,2% связанного углерода и не более 0 2% примесей. Литые карбиды вольфрама выпускаются в виде зерен, наплавляемых на поверхность детали газовой горелкой.

Электрод из сплава релит ТЗ представляет собой трубку диаметром 3 5__

6,5 мм из малоуглеродистой стали, заполненную зернами карбида вольфрама Соотношение масс твердого сплава и трубки примерно равно 2:1.

Релит широко используется при армировании зубьев шарошек буровых долот. Наплавку производят ацетилено-кислородной горелкой или н_а уста­новке ТВЧ.

Вокар — гранулированный твердый сплав с величиной гранул 1__з мм

следующего химического состава: 9—10% С; 85—87% W; до 3% Si и яо 2%   Fe.                                                                                                               ^M

Наплавляется вокар электродуговой сваркой в один или несколько слоев Вокаром упрочняют рабочие поверхности лопастных буровых долот, шнеков пневмонасосов, крыльчаток насосов, щек дробилок, деталей шаровых мель­ниц и др.

Стеллиты В2К и ВЗК — литые сплавы на основе кобальта (табл.6 10) характеризуются высокой износостойкостью и повышенной вязкостью. Выпу­скаются в виде прутков диаметром 5—7 мм и длиной 250—300 мм и применя­ются для упрочнения различных деталей, работающих в условиях интенсивного истирания при высокой температуре. Наносятся эти сплавы электродуговой или газовой сваркой. К стеллитам также относятся илитые сплавы на основе никеля — ВХН1 и ВХН2, которые по своим эксплуатацион­ным свойствам мало отличаются от сплавов В2К и ВЗК (см. табл. 6.10). Ктэоме указанных, к сплавам на основе никеля относятся нихромы Х15Н60 и Х2Ц80 основным свойством которых является жаростойкость; нимоник-90 и ннмоник-100, содержащие кобальт, молибден, ниобий и обладающие высокой жаропроч­ностью. Эти сплавы применяют для упрочнения деталей, длительно работа­ющих в условиях высоких температур, и используют при наплавке седел кла­панов двигателей внутреннего сгорания, уплотнительных поверхностей Tpv6o-проводной арматуры и других деталей.

Внедрение методов поверхностного упрочнения позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики деталей.

Выбор метода упрочнения определяется конструкцией детали, характером ее эксплуатации, особенностями производства, а также технико-экономиче­скими показателями, зависящими от стоимости применяемых материалов, произ­водительности процесса упрочнения, серийности производства и повышения долговечности. Как известно, экономическая эффективность от внедрения но­вого технологического процесса может быть оценена снижением себестоимости детали.