<назад

Трещина в «голове»

СЕРГЕЙ САМОХИН                на сайте "Автомобиль и сервис"

Один из часто встречающихся дефектов головок блока цилиндров (ГБЦ), изготовленных из легких алюминиевых сплавов, - образование трещин. Как правило, причиной является нарушение теплового режима головки, следствием - потеря работоспособности двигателя. Можно ли полностью восстановить эту ответственную деталь, какой комплекс работ необходимо выполнить при ремонте и стоит ли этим заниматься?

Сразу оговоримся: ни один из производителей автомобилей в таких случаях не предусматривает возможность ремонта ГБЦ. Случилась беда, выход один - выкладывайте достаточное количество денег на приобретение новой детали. Вариант надежный, но, мягко говоря, недешевый. Для зарубежного автомобиля среднего класса стоимость нового корпуса головки, не оснащенного клапанами, в большинстве случаев переваливает за тысячу долларов.

Какие еще существуют возможности у автовладельцев, которым вкладывать такие средства в ремонт экономически нецелесообразно? Во-первых, - приобрести «бэушную» запчасть, во-вторых - отремонтировать вышедшую из строя.

Первый путь подкупает своей простотой, а в случае распространенности автомобилей данной марки - еще и экономией времени. Несколько минут телефонных переговоров, поездка на ближайший «развал» и, казалось бы, проблема решена.

Кажущаяся легкость на практике оборачивается внезапными трудностями. На месте оказывается, что или «граната не той системы», или состояние агрегата вызывает обоснованные опасения в том, что он не намного лучше «убитого».

Приняв решение о ремонте своей ГБЦ, также не стоит торопиться. В газетах есть немало объявлений о подобных услугах. «Заварка трещин в алюминиевых...» и далее следует перечень агрегатов двигателя, среди которых можно встретить и предмет теперешнего разговора. В большинстве случаев написанные таким образом объявления не лгут. Их размещают организации, которые имеют в структуре, как минимум, участок аргоно-дуговой сварки и где действительно существует возможность более или менее качественно осуществлять сварку алюминиевых деталей.

Иногда от клиента требуют выполнить предварительную разделку шва под сварку и последующую механическую обработку.

Контроль качества сварного соединения зачастую подменяется устными уверениями в том, что здесь «... даже ракеты варят, а не то что...».

Даже если повезло, и сварку произвели качественно, что делать дальше? Достаточно ли всего лишь заварить трещину, чтобы восстановить работоспособность ГБЦ? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимы опытные специалисты, обладающие глубокими знаниями не только (и не столько) в области сварки, но и в технологии двигателестроения. Чтобы не только дать ответы, но и выполнить с гарантией весь комплекс восстановительных работ, необходим обширный парк специального, а порой и уникального оборудования. Такой потенциал по силам обеспечить лишь специализированным предприятиям, занимающимся восстановительным ремонтом деталей двигателя.

Чтобы не быть обвиненными в голословности, рассмотрим процесс ремонта ГБЦ на столичном предприятии «Иномотор» на примере восьмиклапанной головки двигателя DOHC фирмы Ford. Двигателями такого типа оснащаются модели автомобилей Sierra и Scorpio.

По словам специалистов фирмы, такие головки - их частые гости. Они очень чувствительны к перегреву, причем его результатом в большинстве случаев является возникновение трещин между седлами клапанов во втором и третьем цилиндрах двигателя. Результат - просачивание охлаждающей жидкости в камеру сгорания и наддув контура охлаждения отработавшими газами.

Поиск

Несмотря на то, что в большинстве случаев трещины можно обнаружить визуально, технологический процесс работы с головкой начинается с проверки на герметичность. Часто эту процедуру называют опрессовкой. Опрессовка позволяет установить, сквозная трещина или нет, выявить незамеченные негерметичности, тем более, что трещины могут располагаться не только на наружных поверхностях, но и в скрытых полостях ГБЦ.

Поскольку образование трещин так или иначе связано с недостатками в работе системы охлаждения, в большинстве случаев опрессовывается рубашка охлаждения головки. Для этого все отверстия охлаждающего контура на наружных поверхностях предварительно промытой ГБЦ заглушиваются. Через одну из заглушек, снабженную штуцером, подается сжатый воздух. Негерметичности в системе охлаждения определяются визуально по образованию пузырьков при погружении головки в подогретую воду.

Установка заглушек, несмотря на кажущуюся простоту, требует глубокого знания и учета конструктивных особенностей системы охлаждения данного двигателя. Некоторые из них, например, двигатели фирмы Opel, имеют двухконтурную рубашку охлаждения. Если не учесть этот факт, можно допустить ошибку, которая обернется неприятными последствиями.

Выдержка ГБЦ в течение 12-15 минут в нагретой до 70-800С воде позволяет имитировать рабочие температурные условия. При этом могут выявиться трещины, не обнаруживаемые в холодной воде.

При испытании головок достаточным считается давление наддува 2-3 бар. Вкупе с нагревом оно позволяет выявить негерметичность, вызванную не только сквозными трещинами, но и внутренней пористостью материала головки.

В некоторых случаях, когда имеются подозрения на негерметичность, производится опрессовка каналов системы смазки. Масляные каналы проверяются реже, так как их разгерметизация случается нечасто, да и заглушить все необходимые отверстия удается далеко не всегда (например, в случае клапанных механизмов, оснащенных гидротолкателями, сделать это очень сложно).

Опрессовка производится на специализированной установке для проверки герметичности головок. Габариты ее ванны таковы, что в ней можно испытывать не только все типы ГБЦ легковых автомобилей, но и проверять практически все блоки, не говоря о радиаторах. Дополнительные удобства при обслуживании обеспечиваются автоматическим режимом подогрева воды, быстрым заполнением ванны, возможностью поворачивать исследуемый агрегат на 3600 вокруг оси.

Выполненная в полном соответствии с технологией, опрессовка нашей головки показала, что ее неисправность - из ряда характерных для данных фордовских изделий. Была обнаружена сквозная трещина между седлами впускного и выпускного клапанов 3-го цилиндра. Видимо, данный дефект обусловлен конструктивными недостатками.

Подготовка

Запрессованные в корпус головки седла клапанов будут помехой как при разделке, так и при последующей заварке трещины, поэтому их следует удалить. С этой целью используют расточной станок для обработки седел и направляющих втулок клапанов.

Станок сам по себе очень интересен с точки зрения ряда конструктивных решений, примененных его разработчиками. Благодаря им самая сложная фаза работы - точное совмещение осей направляющей втулки клапана и вращения обрабатывающего инструмента (расточного резца) занимает несколько минут. Продуманное универсальное устройство крепления автоматически позволяет установить продольную ось ГБЦ горизонтально плоскости стола и параллельно направляющим салазкам, по которым перемещается головка станка.

Растачивание отверстий проводится по направляющему стержню (пилоту). Пилот подходящего диаметра из имеющегося комплекта приспособлений вставляется в отверстие втулки клапана. При обработке он является и направляющей и осью вращения оправки, в которой крепится резец.

В процессе обработки головка станка не фиксируется жестко, а имеет возможность перемещаться на салазках в горизонтальной плоскости, используя эффект «воздушной подушки». Растачивание седел производится до их полного удаления. Контроль осуществляется визуально.

Затем приступают к разделке трещины под сварку. Работа проводится на сварочном участке самим сварщиком: кому как не ему знать, как лучше выполнить обработку. Основные правила таковы: выборка металла ведется по всей длине трещины, а загрязнения и масляные пленки удаляются из зоны сварки зачисткой и обезжириванием. Нарушение этих правил повлечет за собой образование новых трещин в сварочном шве.

Сварка

Сварка алюминиевых сплавов - процесс известный и широко используемый в технике. Применительно к заварке трещин в ГБЦ он имеет ряд особенностей, на которых мы остановимся.

Для уменьшения внутренних термических напряжений, вызываемых локальным нагревом, перед сваркой головка нагревается в печи до температуры 2500С, а сразу после заварки помещается обратно в печь, где медленно остывает до комнатной температуры.

Чтобы исключить возможность образования новых трещин в сварочном шве, заварка выполняется за один прием, без перерывов в работе. Для обеспечения продолжительного непрерывного режима сварки должны использоваться выпрямители, имеющие наибольшие значения продолжительности включения (ПВ) при требуемом сварочном токе. Такими характеристиками обладает сварочное оборудование, относящееся к промышленной группе. Так, участок сварки фирмы «Иномотор» оборудован промышленным выпрямителем с частотным модулятором тока. Увеличению продолжительности непрерывной работы способствует и использование горелки с водяным охлаждением.

Важную роль имеет марка присадочного материала. Как говорилось ранее, рекомендованных производителем технологий подобного восстановительного ремонта не существует. Поэтому весь технологический процесс, включая режимы отдельных операций, разрабатывались на основе знаний и опыта и подтверждались длительной практикой.

Именно практика ремонта позволила выбрать в качестве присадки алюминиевый сплав, относящийся к группе жаропрочных, деформируемых сплавов. Его характеризует стойкость в условиях циклических температурных нагрузок при относительно высокой пластичности, препятствующей растрескиванию.

После сварки

Дефект данной головки далеко не самый сложный с точки зрения его устранения. Бывают случаи, которые требуют проведения большего комплекса работ как на этапе подготовки, так и на «постсварочной» стадии. Еще раз подчеркнем мысль, что собственно заварка трещины (или трещин) в головке - лишь малая и далеко не самая трудоемкая операция сложного процесса восстановления работоспособности ГБЦ.

Остановимся на особенностях заключительных операций. Удаление излишков наплавленного металла с посадочных поверхностей седел выполняется на том же расточном станке. Поскольку обработка ведется с небольшим припуском по наружному диаметру, использование «фирменных» седел исключается. После расточки измеряется фактический диаметр отверстий, и под них из специальной марки чугуна изготавливаются заготовки седел. Наружный диаметр заготовок рассчитывается таким, чтобы обеспечить при запрессовке необходимый натяг.

При этом, исходя из практического опыта, величину натяга увеличивают в несколько раз по сравнению с обычно рекомендуемым производителем. Эта мера обеспечивает надежную фиксацию седла при дальнейшей обработке и эксплуатации.

Пока изготавливаются заготовки седел, ГБЦ повторно опрессовывается. Этим преследуются две цели. Первая - проверить сварочный шов на герметичность. Вторая - определить, нет ли дополнительных течей. Довольно часто бывает, что после герметизации основного дефекта начинают проявляться более мелкие.

Так произошло и в этот раз. К качеству сварного шва претензий не было, однако была обнаружена незначительная течь из-под технологической заглушки в торце головки. Неисправность очень коварная, так как обнаружить место течи на собранном двигателе - нелегко, ведь оно обращено к переднему щитку моторного отсека. Придется изготовить новую заглушку и «посадить» ее на герметик.

Запрессовка седел выполняется вручную при помощи оправки. Поскольку припуск по наружному диаметру седел большой, для облегчения запрессовки головка еще раз нагревается.

При механической обработке уплотняющей поверхности седел используются специальные фасонные резцы, обеспечивающие заводскую геометрию фаски. После обработки нет необходимости в притирке клапанов, конечно, если они в исправном состоянии.

Перегрев ГБЦ, приведший к появлению трещины, также как и ее последующая заварка обычно сопровождаются искривлением плоскости разъема головки с блоком цилиндров. Данный дефект устраняется фрезерованием плоскости. Перед фрезерованием измеряется величина отклонения от плоскостности. На основании знания конструктивных особенностей данной головки делается вывод о необходимости выполнения дополнительных работ. Они могут быть вызваны занижением высоты головки при выравнивании привалочной плоскости.

Если высота ГБЦ изменяется значительно, нужно обязательно предусмотреть комплекс мер, с одной стороны, исключающих столкновение клапанов с поршнем, с другой - обеспечивающих их плотное закрытие. Возможно для этого потребуется «занизить» фаски седел и клапанов, подрезать торцы стержней клапанов и т.д. К счастью, в нашем случае такие работы не предвидятся.

Экономика

Мы упоминали о том, что новые головки недешевы. Восьмиклапанную головку фордовского двигателя DOHC можно приобрести по цене от 1000 до 1200 долл. Бывшие в употреблении стоят раза в три дешевле. Во всяком случае, менее чем за 300 долл. купить ее вряд ли удастся.

Работы по ремонту головки, которые мы описывали, стоили клиенту около 150 долл. Для их выполнения потребовалось два рабочих дня. О качестве работ можете судить сами. По отзывам специалистов фирмы, рекламаций на подобный ремонт практически не бывает. Таким образом, налицо явная выгода восстановительного ремонта как для мастерской, так и для клиента. А если бы трещин было две, не только в третьем, но и во втором цилиндре?

И в этом случае ремонт был бы оправдан. Ведь устранить две трещины стоит отнюдь не в два раза дороже. Стоимость некоторых операций, например, опрессовки, не зависит от количества трещин, а стоимость других может быть даже снижена за счет их большего количества.

Вообще, экономическую целесообразность нужно прикидывать для каждого конкретного случая, принимая в расчет вышеназванные факторы. На одной чаше весов - принципиальная возможность отыскать бывшую в употреблении деталь удовлетворительного качества, а также материальные и временные затраты на ее приобретение. На другой - стоимость и сроки ремонта.

Поверьте, вторая чаша в большинстве случаев перевешивает.

фотофото

Каналы системы охлаждения, открывающиеся в плоскость разъема головки с блоком цилиндров, герметизируются резиновыми прокладками, прижимаемыми прочной плитой из оргстекла. Оргстекло позволяет визуально определить место течи по выходу пузырьков воздуха

фото

Седла, являющиеся помехой при сварке, удаляются на специализированном расточном станке. Расточной резец центрируется относительно оси втулки клапана направляющим стержнем - пилотом

фото

При разделке под сварку используют обычные механические инструменты - сверла, шарошки. Главное - обеспечить два условия: полностью выбрать трещину и очистить зону сварки от загрязнений

фото

Собственно процесс сварки, особенно в исполнении мастера высокой квалификации, занимает несколько минут. Вначале восстанавливается целостность стенки рубашки охлаждения, затем присадочный материал наплавляется с прибылью, так чтобы последующей механической обработкой можно было полностью восстановить геометрию свода камеры сгорания

фото

Изготовленные из специального чугуна заготовки седел запрессовываются вручную с помощью оправки. Натяг превышает величину 0,1 мм, поэтому запрессовка выполняется с предварительным нагревом ГБЦ

фото

Принцип обработки по направляющему пилоту исключает жесткую фиксацию режущего инструмента в шпинделе головки станка. Шарнирная конструкция крепления оправки позволяет передавать крутящий момент на резец под большим углом к оси вращения шпинделя. После обработки фасок седел фасонным резцом не требуется притирать клапаны

Краткий комментарий

Отправлено : Anton Papilin, 09 Июня 2002 в 02:10:15
В ответ на : Опять. http://www.autobs.ru/abs/doc/11_01_gb.shtml отправленным Push from Kiev, 07 Июня 2002 в 12:45:38
"Обменяемся опытом !? - FORD" Часть 693

Как бы никакой Америки там не открыли (все эти методы известны любому мотористу), насчет отсутствия рекламаций наврали (я знаю минимум одну именно у Иномотора, только не по собственно трещине, а по их самодельным седлам), а еще скромно не упомянули о небольшой гарантии. На самом деле вариант ремонта, по этой, либо другой (есть) технологии -- вариант "на продажу", себе -- только хорошую б/у. Она никогда не испортится просто так, сама по себе. А чиненая -- лехко.