Метод создания ремонтных композиционных материалов с заранее заданными свойствами на основе применения импульсного магнитного поля

метр ПСМ ~ 200 мм, высота ПСМ ~ 300 мм. Габариты ПСМ практически не имеют технологического ограничения. Они зависят только от размеров вакуумной

камеры и индуктора высокочастотного лампового генератора.

Литература

1. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1976. — 184 с.

2. Косторнов А.Г. Проницаемые металлические волокновые материалы. — Киев: Техника, 1983. — 128 с.

3. Пористые сетчатые материалы / Ю.И. Синельников, А.Ф. Третьяков, Н.И. Матурин и др.— М.: Металлургия, 1983.— 64 с.

4. Авт. свид-во № 183174 (СССР) /Сойфер А.М., Бузицкий В.Н., Першин В.А. Опубл. в Б.И., 1966. — № 13.— С. 11—12.

5. Анциферов В.Н., Храмцов В.Д., Питиримов О.М. Свойства высокопористых материалов // Порошковая металлургия. — 1980. — № 12. — С. 20—24.

6. Пористые проницаемые материалы. Справочник. /С.В. Белов, П.А. Витязь, В.К. Шелиг и др.— М.: Металлургия, 1987. — 335 с.

7. Андриевский Р.А. Пористые металлокерамические материалы. — М.: Металлургия, 1964.— 188 с.

8. Скороход В.В. Порошковые материалы на основе тугоплавких металлов и соединений.— Киев: Техника, 1982. — 167 с.

9. Авт.свид-во № 577095 (СССР) /В.Н. Анциферов, Ю.А. Белых, В.Д. Храмцов, В.М. Чепкин. — 1977, № 39, с. 32.

10. Михайлов К.Д., Харитонов Л.Ф., Гусев А.А. Технология трикотажа. — М.: Гизлегпром, 1956.— 827 с.

11. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С. Металловедение тугоплавких металлов и сплавов. —М.: Наука, 1967. — 346 с.

12. Поляев В.М., Кременский И.Г., Авраамов Н.И. Проницаемость конических оболочек, штампованных из пористого листа //Порошковая металлургия. — 1978. — № 7. — С. 48—51.

13. Капралов Б.П., Сигачев А.П. Диффузионно-вакуумная технология изготовления пористых элементов конструкций на основе металлических сеток //Достижения и перспективы развития диффузионной сварки.— М.: Знание, 1987. — С. 67—73.

УДК 69.059

Метод создания ремонтных композиционных материалов с заранее заданными свойствами на основе применения импульсного магнитного поля

А.Б. Тулинов, А.А. Корнеев, Л.В. Овчаренко, И.И. Гармаш

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»

В настоящее время наиболее дорогим элементом комплекса водоснабжения и теплоснабжения любого города является система транспортирования питьевой и технической воды. Только стоимость системы подачи и распределения воды современного города составляет 40—70% всей системы водоснабжения. Поддержание высокой работоспособности систем транспортирования воды (т.е. своевременное и эффективное техническое обслуживание, ремонт и реконструкция трубопроводов и оборудования по причине их старения и преждевременного износа) остаётся для городских коммунальных служб приоритетной задачей.

Как показывает отечественная и зарубежная практика, устранение примерно 15—20% дефектов трубопроводов и запорной арматуры в системах тепло- и водоснабжения может быть осуществлено за счёт технологии применения для их ремонта металлополи-

мерных композиционных материалов.

Применение этой технологии позволяет обеспечить значительную экономию материальных и трудовых ресурсов [1].

Учитывая всё вышесказанное, мы видим, что создание ремонтных композиционных материалов под конкретные условия эксплуатации (температура, нагрузки, химическая среда и т.п.) ремонтируемого изделия является необходимой задачей.

В процессе разработки композиционных материалов с заранее заданными свойствами, в технологическую цепочку их получения введена обработка компонентов Импульсным Магнитным Полем (ИМП). В результате получены композиционные материалы с повышенными эксплутационными характеристиками, которые можно заранее задавать.

Наиболее частое использование пастообразных

полимерных композиционных материалов — металло-полимеров, приходится на ремонт трубопроводов.

Трубопроводы — это артерии промышленности и жизнеобеспечения человека, без них невозможна какая-либо производственная деятельность и нормальная работа системы городского коммунального хозяйства, т.е. организация нормального водоснабжения, газоснабжения, энергоснабжения, теплоснабжения. Трубопроводы используются для транспортировки жидкостей, газа, а также твёрдых веществ, перемещаемых под давлением. Коррозия и воздействие химических веществ приводят к прогрессирующему уменьшению толщины стенок труб, вплоть до образования отверстий; в сварных трубопроводах может появиться утечка из-за дефекта сварного шва. Это обычно происходит возле колена трубы и Т-образных соединений, т.к. в этих местах абразивные материалы ударяются о стенки труб, а также в заслонках, задвижках и разветвлениях.

Аварийное состояние труб и трубопроводов может привести к прекращению всей производственной деятельности предприятия или остановить подачу продуктов жизнеобеспечения (воды, тепла, газа) в населённые пункты. Жидкости или газ, вытекающие из отверстий в трубопроводах могут образовывать взрывоопасные смеси или причинять экологический вред [1].

Специальные исследования [2], проведённые в России, позволили выявить частоту дефектов, которые были классифицированы как структурные (продольные, круговые и микротрещины) и приобретённые (ржавчина, свищи, трещины, биообрастания, наносы, деформация, разрушение стыков и т.п.). Из 90 км трассы трубопроводов 11,8 км были подвержены дефектам. Как существенные были оценены примерно 2 % дефектов. В среднем, на 1 км трубопровода приходится 88 дефектов. На долю приобретённых дефектов приходится 55% от их общего количества. Традиционным методом ремонта водопроводных сетей является замена дефектных участков трубопроводов.

По официальным данным, из 700 тыс. км действующих в России трубопроводов, более половины поражены внутренней коррозией и другими дефектами, 50 тыс. км коммуникаций находятся в аварийном состоянии [2]. При отсутствии экстренных мер и наукоёмких технологий восстановления и ремонта водопроводных сетей, две трети действующих трубопроводов к 2013 г. будут разрушены, что приведёт к нарушению нормальной жизнедеятельности городов и страны в целом.

Большинство трубопроводов городских водопроводных сетей на территории Российской Федерации проложено из стальных труб, изготовленных из наиболее дешёвых марок сталей. На прокладку трубопроводов до 1990 г. в России расходовалось ежегодно 24 млн тонн стальных труб, что соответствовало уровню потребления таких стран, как Великобритания, США, Германия, Франция, Япония и Италия вместе взятых. При этом половина этих труб использовалась для замены дефектных и вышедших из строя стальных труб.

Учитывая многообразие дефектов трубопроводных

систем, включая агрегаты и оборудование, возникает настоятельная необходимость в классификации всех данных по дефектам с целью обеспечения систематизированного подхода к их устранению и выработки общих технологических решений по предотвращению появления дефектов.

Такая работа была успешно проведена на кафедре «Конструкционные материалы» ГОУВПО «РГУТиС». С учётом предложенной «Классификации» разработано «Руководство» по проведению ремонтных работ на оборудовании и трубопроводах ГКХ методом «холодной сварки» с использованием металлополимер-ных композиций [1]. Основой адгезии в этом случае является молекулярное взаимодействие полимерной матрицы композиционного материала с металлом ремонтируемой поверхности. Несмотря на невысокие (по сравнению с металлами) прочностные характеристики композиционных материалов и адгезионных соединений полимер-металл, а также на невысокую рабочую температуру восстановленных соединений (до 250°С), применение композиционных материалов в ремонтных работах возрастает во всём мире.

Наибольшее распространение в ремонтных работах промышленного оборудования нашли материалы, относящиеся к конструкционным пастообразным композиционным материалам — металлополимеры. Они созданы на основе эпоксидных смол холодного отверждения (отверждаются при нормальных температурах без дополнительного нагрева), содержащие керамические, металлические и минеральные наполнители. Металлополимеры способны выдерживать существенные нагрузки и обеспечивают успешную эксплуатацию восстановленных ими деталей и узлов.

За рубежом промышленный выпуск металлополи-меров освоен 35—40 лет назад. В России пионером создания металлополимеров промышленного назначения по праву считается НПП «ЛЕО», которое разработало [3,4] и начало производить эти материалы с конца 80-х годов прошлого века. Под руководством доктора технических наук, профессора Л.Т. Буравлёва, металлополимеры марки «ЛЕО» [6] впервые были применены в судоремонте для восстановления изношенных деталей и узлов, которые невозможно отремонтировать традиционными методами. Предприятие «ЛЕО» с 1990 г. организовало производство (до 25 кг в день) металлополимеров «ЛЕО-сталь-керамика» и «ЛЕО-керамика» и поставку потребителю ремонтных комплектов весом в 1 кг, в который входили: базис (основа), активатор (отвердитель) общим весом в 1 кг, мерные ложки, набор шпателей, инструкции по применению и технологические рекомендации.

В настоящее время правопреемник НПП «ЛЕО» — ЗАО «Металлополимерные материалы под маркой «ЛЕО», разрабатывает новые рецептуры, производит и продаёт потребителю более 10 рецептур металло-полимерных материалов, а также новейшие композиционные материалы для ремонтных работ. Система менеджмента качества предприятия Сертифицирована по ИСО — 9001:2000. Предприятие имеет Свиде-

тельство о признании Российского морского регистра судоходства. По своим физико-техническим характеристикам металлополимеры «ЛЕО» не уступают материалам известных зарубежных фирм, но значительно дешевле их.

Принимая во внимание всё вышеизложенное можно сделать вывод, что создание композиционных материалов с заранее заданными свойствами (под конкретные условия ремонта) является насущной задачей сегодняшнего дня. К таким материалам относятся жидкие и твёрдые полимерные композиционные материалы, изготавливаемые на основе анизотропных ферромагнитных наполнителей, полученных конденсационным методом. Такой метод получения ферро-порошков связан с образованием кристаллизационных

дисперсных структур — конгломератов, возникающих в процессе образования новой дисперсной фазы из пересыщенных растворов (паров), т.к. образующиеся при этом зародышевые кристаллики (частицы) новой фазы срастаются в плотные кристаллизационные каркасы (конгломераты), размеры которых зависят от технологических параметров процесса. Получаемые конгломераты представляют собой статистический ансамбль весьма большого количества структурных элементов «частица — сросток», каждый из которых ответственен за прочность конгломерата в целом. В результате исходные ферропорошки (в стадии поставки) представляют собой не отдельные частицы, а конгломераты частиц ферропорошка (рис. 1).

Рис. 1 Электронно-микроскопические фотографии ферропорошков а - Y-Fe2O3

Таким образом, конгломерат ферропорошка содержит огромное количество частиц, которые соединены между собой сростками, что существенно снижает физико-механические свойства композиционного материала. Существующие механические методы измельчения приводят к значительному снижению физико-механических свойств и магнитных характеристик ферропорошка и полимерного композиционного материала, т.к. при попадании конгломерата в зону соударения мелющих тел разрушаются не только сростки, но и сами частицы.

Эту задачу удалось решить применением принципиально нового способа магнитно - импульсного разрушения конгломератов ферромагнитного порошка (МИРКФП), не имеющего аналогов в отечественной и мировой практике [4]. Этот метод основан на физическом явлении индуцирования мощной параметрической накачки. В результате этого явления потенциальная энергия импульсного магнитного поля (ИМП) преобразуется в кинетическую (колебательную) энергию конгломератов, которая частично поглощается сростками частиц, приводя их к разрушению и, в конечном счёте, к

разделению конгломератов на отдельные частицы [4].

В результате проведённых исследований были разработаны несколько способов применения МИРКФП в технологии получения полимерных композиционных материалов [4]. Один из способов применения МИРКФП основан на разрушении конгломератов непосредственно в связующем. Этот способ имеет ряд преимуществ:

1) повышается эффективность разрушения конгломератов ферропорошка за счёт возникающих при колебании конгломератов кавитационных процессов;

2) улучшается процесс капсуляции (обволакивания) частиц связующим за счёт их колебаний, что является одним из определяющих факторов в получении композиционных материалов с заданными магнитно-диэлектрическими свойствами.

В этом случае необходимо предварительно проводить магнитно-импульсное разрушение конгломератов ферропорошка с последующим его введением в связующее и проводить МИРКФП в связующем, что сопровождается как разрушением конгломератов, так и капсулированием каждой частицы.

Созданные магнитно-импульсные установки (МИУ) позволили перенести процесс МИРКФП в технологическую цепочку изготовления полимерных композиционных материалов и, варьируя параметры магнитно-импульсной обработки, получать полимерные композиционные материалы с заранее заданными свойствами. Применение этих материалов в ремонтных работах на объектах ГКХ показало, что такие композиционные материалы отличаются прочностью, абразивной и коррозионной стойкостью, нейтральны к агрессивным средам, могут применяться как конструкционные материалы [5].

Предлагаемый метод обеспечил успешное применение полимерных композиционных материалов под маркой «ЛЕО» более чем на 250 предприятиях России и стран СНГ. В 1997 году в Украине был создан Центр реконструкции и антикоррозионной профилактики -ЧП «ЗОВ», который с огромным успехом проводит ремонтно-восстановительные работы на предприятиях Украины, используя металлополимерные материалы «ЛЕО». Многие работы проведённые специалистами

этого центра на предприятиях г.Запорожья в Украине нашли своё отражение в новых технологических решениях применения металлополимеров в особоответ-ственном и тяжелонагруженном оборудовании объектов городского коммунального хозяйства и металлургических предприятий. Отзывы предприятий подтверждают, что проведённые ремонтно-восстановительные работы приносят существенный экономический эффект. Это обусловлено тем, что такая технология не требует сложного оборудования и высокой квалификации работающих, появляется возможность производить ремонт без разборки узлов, агрегатов и соединений, которые, с точки зрения безопасности, трудно и опасно ремонтировать известными способами. В результате рациональное использование ремонтных композиционных материалов позволяет снизить трудоемкость ремонта на 20%, себестоимость работ на 15-20%, сократить расход металлов на 40-50%.

На рис. 2 представлены фотографии узлов и механизмов, отремонтированных с применением полимерных композиционных материалов марки «ЛЕО».

Рис. 2. Фотографии узлов и механизмов, отремонтированных с применением полимерных композиционных материалов марки «ЛЕО»

Литература

1. Тулинов А.Б. Технологические методы применения композиционных материалов при ремонте систем жизнеобеспечения городского коммунального хозяйства. — МГУС, 2003. — С. 124

2. Храменков С.В., Примин О.Г. Стратегия восстановления городской водопроводной сети. — ВИСТ, 1999, № 9. С.17—20.

3. Буравлёв Л.Т., Ананьев П.П., Овчаренко Л.В. (СССР) // Способ магнитно-импульсной обработки заготовок.// А.С. № 1172144 СССР от 17.11.83. УДК 621.926.086

4. Буравлёв Л.Т. Разработка научных основ магнитно-импульсного разрушения конгломератов ферропорошков // Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. — М.: МВТУ. — 1986, ДСП.

5. Кручинин С.В., Липатов А.В., Овчаренко Л.В., Феткулин М.М. Металлополимерные композиционные материалы для ремонтно-восстановительных работ технологического оборудования. // Ремонт, восстановление, модернизация, 2002.—№ 1.— С. 37—41.

6. Буравлёв Л.Т., Кручинин С.В., Липатов А.В., Овчаренко Л.В. Композиция для ремонтных и восстановительных работ. //Патент № 1787162 от 07 марта 1991 г., Б.И. №1 от 07.01.93.

УДК 69.059

Эффективность технологических методов устранения дефектов и восстановления тепловодосчетчиков с применением композиционных материалов

А.В. Шубенков

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»

Проблема износа в процессе эксплуатации тепловодосчетчиков в жилищно-коммунальном хозяйстве и на предприятиях сферы сервиса, отраслевой и местной промышленности, невозможность качественного, оперативного восстановления и устранения дефектов традиционными методами особенно остро встала в последнее время. Резко повысилась актуальность использования при ремонте и восстановлении корпусных деталей тепловодосчетчиков композиционными полимерными материалами, а именно металлополимерны-ми композитами и анаэробными материалами.

Основными традиционными методами устранения дефектов является заварка, установка различных заглушек и пробок, заделка эпоксидными замазками и мастиками, пропитка герметизирующими материалами.

Традиционные методы устранения дефектов корпусных деталей являются не всегда эффективными, не позволяют провести ремонтные работы оперативно, требуют значительных материальных и трудовых ресурсов [1].

Сотрудниками Российского государственного университета туризма и сервиса под руководством доктора технических наук, профессора кафедры «Конструкционные материалы» А.Б. Тулинова предложены прогрессивные технологии ремонта деталей и технологического оборудования с использованием композиционных материалов.

В условиях постоянно повышающихся тарифов на энергоносители в жилищно-коммунальном хозяйстве и

промышленности применение ремонтных технологий на базе композиционных полимерных материалов позволяет не только полностью восстановить работоспособность тепловодосчетчиков и придать им качественно новые характеристики, но и делает возможным снижение себестоимости ремонта и восстановления приборов учёта тепла и воды [1].

Металлополимерные материалы можно классифицировать по следующим признакам [2]:

— по макроструктуре (взаимному расположению, типу и форме полимерной и металлической составляющей);

— по назначению;

— по способу получения;

— по природе полимера и металла.

Рассмотрим основные технологии устранения дефектов и восстановления тепловодосчётчиков с использованием композиционных полимерных материалов.

Неплотность в местах фланцевого соединения или их коррозия — одна из причин протечек. Поврежденные участки можно быстро загерметизировать, в отдельных случаях даже без снятия давления.

Данный дефект проточной части доступен ремонту с небольшой разборкой тепловодосчетчика и последующей обработкой поврежденного места.

Эрозионно-коррозионные разрушения как внутренних, так и внешних поверхностей тепловодосчетчика могут быть восстановлены без механической обработки, используя уникальные свойства композиционных