Значний обсяг ремонту зварюванням припадає на відновлення цілісності і
працездатності корпусних деталей і конструкцій, виготовлених з литого металу
з підвищеним вмістом вуглецю (більше 0,25%). В багатьох випадках такі деталі
і конструкції є унікальними, а вага деяких з них перевищує 100т. Характерними
прикладами можуть бути станини гідравлічних і механічних пресів, більшість
вузлів гірничо –збагачувального, видобувного, металопрокатного устаткування,
тощо.
В процесі тривалої експлуатації корпусних деталей і конструкцій в них виникають ушкодження. Руйнування виникає в результаті дії на метал статичних і
динамічних навантажень, які з часом викликають зміни складу і властивостей
литого металу. При цьому в металі з'являються крихкі ділянки з низькими показниками твердості і міцності. Наявність у литому металі характерних для нього
мікро - і макродефектів прискорюють цей процес і ведуть до виникнення ушкоджень від втоми, приклади яких наведені на рис. 9.
Руйнування металу виникає в результаті злиття мікро - і макропустот під
дією багатократного статичного або динамічного навантаження. Якщо процес
розвитку тріщин своєчасно не зупиняти, то він обов'язково приведе до руйнування не тільки даного вузла конструкції, а і деталей, що спрягаються з ним.
Тому виникнення видимих тріщин, особливо, якщо вони мають великі розміри,
викликає необхідність або заміни дефектного вузла, або виконання відновлювальних робіт.
Найбільш простим, але водночас і складним способом відновлення є зварювання. Її простота полягає в тому, що зварювання можна виконувати без посередньо на місті роботи конструкції в короткі терміни тому, що в більшості
випадків вона не потребує виконання робіт по демонтажу і монтажу обладнання, і при відносно невеликих матеріальних затратах. Складність таких робіт полягає в тому, що при ремонті приходиться зварювати метал, який в процесі експлуатації змінив свої властивості і накопичив крім видимих макро - ще і мікропошкодження, які важко визначаються.
В зв'язку з цим загальні рекомендації, розроблені для зварювання того чи іншого металу стосовно ремонтного зварювання необхідно уточнювати та доробляти, виходячи з вищенаведених особливостей її виконання.
Рис. 7. Схеми розташування найбільш характерних тріщин станини
а - тріщина А1 на нижній кромці вертикального ребра жорсткості; б - тріщина А2 на верхній кромці вертикального ребра жорсткості; в- тріщини В и Д в верхньому поясі
В зв'язку з цим загальні рекомендації, розроблені для зварювання того чи іншого металу стосовно ремонтного зварювання необхідно уточнювати та до-робляти, виходячи з вищенаведених особливостей її виконання.
Під вищений вміст вуглецю в товстолистових сталях 25Л і 35Л (бі льше
0,25%) передбачає значні складності при їх зварюванні. По-перше, понжена сті йкі сть металу шва проти утворення кристалі заційних трі щин, по-друге, можливість утворення гартувальних структур при знач них швидкос-тях охолодження, що в свою чергу може привести до утворення холодних тріщин в металі НШЗ.
Для усунення впливу цих негативних чинників необхідно знижувати вміст вуглецю, а так ож зменшувати долю основного металу у шві . Для зниження долі основного метал у в зварних з'єднаннях середньовуглецевих сталей необхідно забезпечити проплавлення при максимальном у значенні коефіцієнту форми шва.
Ефективним заходом під вищення тріщиності йкості являється попередній підігрів з'єднань до температур 200…300 °С. Однак, із-за складної конфігурації конструкції великої товщини (бі льше 160мм) та неможливості доступу до окремих мі сць сварки, виконання цієї операції проблематично.
Зварні з'єднання з сталей з підвищеним вмістом вуглецю відрізняют ь-ся високою схильністю до уповільненого руйнування. Тому при ремонтн о-му зварюванні необхідне застосовувати технологі чні прийоми, що знижу-ють ризик утворення холодних тріщин в з'єднання х, в т.ч. способі в підготовки кромок під зварювання металу з розробленою тріщиною.
Відомо, що кисневе різання суттєво впливає на стан поверхні металу.
Як правило, в середні й частині різа найбільш часто відбувається навуглецювання металу і може утворюватися вузька крихка зона з твердіст ю до HV 700. Опір уповільненому руйнуванню зварних з'єднань, виконаних по кромкам після газового різання, може суттєво знижуватися у порівнянні із з'єднаннями , кромки яких оброблялись механічним способом.
Розробка кромок тріщини, враховуючи велику товщину металу корпусних конструкцій, пов'язана із значною трудомісткістю процесу, а в багатьох випадках неможлива. При необхідності застосуванні газотермічних
методів технологічний процес розробки кромок тріщини здійснюють в наступній послідовності – газове різання, послідуюча зачистка шліфувальною машинкою і наплавлення перехі дного (лицювального) шару електродами типу Э50.
Вибі р електроді в для проведен ня ремонтно-зварювальних робі т здійс-нюється, виходячи з наступних вимог: забезпечення механі чних властивостей металу шва рівноцінних основному металу; мінімальний вміст дифузійного водню в наплавленом у металі ; зниження температури попереднього підігріву.
Серед представлених на ринку покритих е лектроді в для зварювання конструкцій з сталі 25Л, 35Л в найбільші й мірі пі дходять електроди з ос-новним покриттям типу Э-50, зокрема, марок УОНИ 13/55, FOX EV 50 діаметром 3,0 мм і 4,0 мм, склад і властивості металу шва яких наведений в табл. 9. Електроди FOX EV 50 у порівнянні з електродами УОНИ 13/55 мають більш високі зварювально-технологі чні властивості, пластичність металу шва, менший вміст диф узійного водню.
При ремонті зварюванням корпусних деталей і конструкцій високий рівень залишкових напружень в зварних з'єднаннях є, як показує практика, одним з основних причин ї х передчасного руйнування як в процесі зварю-вальних робіт, так і безпосередньо пі сля ї х завершення. При проведенні ремонтно-зварювальних робі т зниження загального рі вня напружень доці-льно здійснювати комплексним шляхом:
а) за рахунок вибору оптимальних режимі в зварювання і технологічних прийомі в;
б) шляхом додаткової обробки з'єднань, як в процесі ї х виконання, так і після завершення зварювальних робі т.
Табл. 9. Хімічний склад і механічні властивості металу шва
Досвід зварювання конструкційних сталей свідчить, що залежно від складу і товщини металу, температури попереднього підігріву і форми розробки кромок при дуговому зварюванні погонна енергія може змінюватися в достатньо широких межах QЗВ 6...20 кДж/см. Основними критеріями правильності обраних режимів зварювання є тривалість перебування металу ЗТВ вище точки АС3, а також її охолодження в інтервалі температур структурних перетворень.
Підвищення тепловкладення при зварюванні покритими електродами
може приводити до суттєвого зростання розтягуючих залишкових напружень як вздовж, так і поперек оси шва. Тому, при ремонтному зварюванні корпусних деталей і конструкцій зі сталі 25Л, 35Л необхідно обмежувати тепловкладення на рівні Q ЗВ 9...12 кДж/см.
Ударна обробка зварних з'єднань є, як відомо, ефективним заходом зниження залишкових напружень в з'єднаннях вуглецевих і низьколегова-них сталей. Однак, досвід використання цього процесу сві дчить, що його ефективність застосування визначається техні кою виконання: температурою металу, д і аметром бі йка, частотою його ударів, тощо.
Ударне деформування металу представляє собою послі довну осадку
металу. Швидкості деформування металу по діапазону їх застосування розділяють на три діапазони: а) мал і швидкості деформування – 1-7 м/с; б) середні швидкості деформування – 6-100 м/с; в) високі швидкості деформування – вище 100 м/с. На йбі льш ефективною є обробка металу шва в се-редньому і високому ді апазоні швидкостей.
Для ударного деформування використовують спеці альні ударні при-строї, оск і льки звичайні пневмомолотки при оптимальном у режимі роботи
забезпечують швидкість удару не бі льше 10 м/с. Тому для проведен ня об-робки ремонтних зварних з'єднань необхідно використовувати спеці альні
пристрої, що забезпечують швидкість удару в ді апазоні 80-120 м/с.
При ударній обробці на 25-30% знизити загальний рі вень поперечних і
на 50 % - кутових деформацій з'єднання . Загальний рівень залишкових н а-пружень також знижується на 20...22%, в металі шва зниження напружень може досягати 40%, а в металі ЗТВ - 25...27%.
Позитивний ефект в підвищенні опору ремонтних зварних з'єднань корпусних деталей і конструкцій повторному утворенню тріщин втоми досягається, в основному, за рахунок деформаційного зміцнення поверхневого шару металу ударною обробкою, особливо високочастотною (ультразвуковою), і утворення в ньому залишкових напружень стиснення.
Технологічний процес заварювання тріщин в корпусних деталях і констру-кціях передбачає наступні етапи робіт:
– візуально-оптичний і неруйнівний контроль дефектних місць з тріщинами і ділянок, в яких виникнення тріщин потенційно можливе;
– розробку тріщини під зварювання електродуговим струганням спеціаль-ними електродами, газокисневим різанням;
– зачистку розробки кромок до металевого блиску механічною обробкою
шліфувальною машинкою;
– перевірку кромок з використанням кольорової дефектоскопії або магні-топорошковим методом контролю;
– облицювання кромок розробленої тріщини і зварювання з'єднання;
– ударну обробку кожного шару зварного з'єднання;
– зачистку підсилення зварного з'єднання до рівня поверхні основного ме-талу (механічна обробка);
– візуально-оптичний і неруйнівний контроль якості зварного з'єднання.
Видалення тріщин на корпусних деталях і конструкціях з сталей 25Л, 35Л починають з висвердлювання отворів Ø12,0...14,0 мм в місцях, де зафіксована зупинка розповсюдження тріщини. При неможливості виконання такої операції допускається пропалювання отворів газокисневим різанням. В цьому випадку отвори повинні розташовуватися в основному металі на відстані 40...50 мм від вершини тріщини по траєкторії можливого її розповсюдження. Різання здійснюють при тиску ріжучого кисню 9,0-11,0 кгс/см і використання мундштуків № 2 і 4 – відповідно зовнішнього і внутрішнього.
Видалення тріщин здійснюють методами поверхневого різання. Попередньо тріщину вибирають дуговим струганням спеціальними електродами типу АНР-2 діаметром 4,0 мм на постійному струмі 340…350А оберненої полярності. Потім газокисневим струганням розробляють кромки до потрібних розмірів і конфігурації. Режими різання (кути нахилу струменя ріжучого кисню 20...40°, номери мундштука № 1,2 і відповідні витрати газів) обирають такими, щоб ро-зміри канавки стругання орієнтовно складали 20...30мм по ширині і 10...15мм по глибині.
Кількість зрізів і порядок їх виконання обирають таким чином, щоб в результаті розробки дефектних місць елементів корпусних деталей і конструкцій досягнути повного видалення тріщини по всій довжині і товщині металу та сформувати розробку кромок Х- або V-подібної форми залежно від потреби.
Ділянки з вибраними дефектами необхідно обробити шлі фувальними машинами до повного видалення грата, окалин и та ін. Зачистку до металевого блиску здійснюють я к на поверхні кромок розробки тріщин, так і на поверхні основного металу ремонтних з'єднань на ширину 20 мм з кожної сторони. Ділянки з підготовленими дефектами пі длягають обов'язковій операції “облицювання”, перед якою виконують попередній підігрів до 60...80°С. Відповідно з просторовим положенням зварювання встановлюють такі параметри режимів, які за безпечують мі ні мальну глибину проплавлення основного металу.
Лицювальні валики виконують відповідно із схемою, наведеною на рис. 8.
Кількість шарів повинна бути не менше двох з тим, щоб загальна їх товщина була не менше 5...6 мм. Ширина валиків при виконанні лицювальних шарів не повинна перевищувати 2,5 діаметрів електрода. Облицювальні ділянки перед проведенням ремонтного зварювання (незалежно від просторового положення зварювання) обробляють шліфувальними машинками для отримання, по мож-ливості, Х – або V - подібної розробки з зазором 3…4 мм.
Зварювання ремонтного з'єднання виконують електродами діаметром 3,0 і 4,0 мм на режимах, наведених в табл. 10. для виключення утворення в металі шва шлакових включень необхідно добре проварювати кромки, для чого слід затримувати електрод у кромки розробки або відводити його трохи назад.
В процесі зварювання необхідно забезпечити повний провар кореня шва і заварку кратера. Після виконання кореневого шва електродами діаметром 3.0 мм його слід зачистити з зворотної сторони і підварити з метою отримання повного провару зварного з'єднання. Після наплавлення кожного валика повністю видаляють шлакову корку (після її охолодження).
Після видалення шлакової корки шов зачищають до металевого блиску іперевіряють якість наплавленого металу. При появі на поверхні шва дефектів (тріщин, сильної пористості і т.п.) дефектне місце видаляють механічним способом до “здорового” металу і заварюють знову.
С метою зменшення рівня зварювальних розтягуючих напружень здійснюють пошарову проковку шва. При цьому обробку розпочинають не раніше,
ніж буде виконаний третій шар шва. Проковка кореневого валика недопустима
тому, може привести до утворення в ньому тріщин. Проковку металу здійснюють після його охолодження до температури 100°С механізованим інструментом, наприклад, пневматичним зубилом або електроперфоратором з швидкістю руху бійка діаметром (на кінці 3...4 мм) до 60...100 м/с. Заварені шви не повинні мати різких переходів від основного до наплавленого металу, грубої луски, напливів, пор, підрізів, раковин, тріщин всіх видів інапрямків, непроварів.
Зварювання з'єднань з Х – подібною розробкою кромок необхідно виконувати з одночасним заповненням розробки з обох сторін – зварювання здійснюють два зварника.
Заповнення розробки кромок, особливо, великої довжини (більше 350 мм)
слід виконувати короткими ділянками. Для цього зварне з'єднання умовно роз-бивають на ділянки і блоки (рис. 9), довжина яких, не повинна перевищувати 200мм. Зварювання окремих ділянок необхідно виконувати в шаховому порядку для того, щоб зварники одночасно не варили одну і ту ж ділянку зварного з'єднання. Всередині блоку зварювання слід здійснювати каскадом (рис. 10).
Зварювання з'єднань у вертикальному положенні необхідно виконувати способом знизу - вверх.
Кожне зварне з'єднання після повного заповнення розробки кромок необ-хідно на протязі 3...4 годин прогрівати полум'ям газового пальника на відстані 300...450мм по обидві сторони від шва. Після повного завершення зварювально – ремонтних робіт все шви піддають ультразвуковій ударній обробці і перевірціметодами неруйнівного контролю.
Перед проведенням неруйнівного контролю заварені місця корпусних де-талей і конструкцій повинні бути ретельно очищені, обезжирені, поверхні за-чищені з використанням механічної обробки, промиті і просушені.
В ремонтних зварних з'єднаннях і навколошовній зоні не допускаються на-ступні дефекти:
– тріщин всіх видів і напрямків;
– непровари в корені шва глибиною більше 15% товщини металу, але не більше 3 мм;
– свищи, незаварені кратери, підрізи глибиною більше 1 мм;
– окремі шлакові включення діаметром більше 3мм; шлакові включення або пори, які розташовані на ділянці вздовж осі шва при сумарній їх довжині, що перевищує 200мм на 1 м шва;
– скупчення пор і шлакових включень в окремих ділянках шва в кількості більше 5 шт. на 1 см площі шва при діаметрі одного дефекту більше 1,5мм;
– впадини між валиками і луска на поверхні шва глибиною більше 1 мм;
– шлакові включення або пори, що утворюють лінію вздовж шва.
Розроблені технологічні заходи по ремонтному зварюванню корпусних деталей і конструкцій з литих вуглецевих сталей 25Л, 35Л дозволяють суттєво знизить температуру попереднього підігріву та зменшити негативний вплив розтягуючих напружень. Разом з тим, накопичений досвід ремонту таких виробів свідчить про достатню складність технологічного процесу ремонтного зварювання.
Для здійснення ремонту зварюванням корпусних деталей і конструкцій необхідно формувати робочі бригади для безперервного виробничого циклу, до складу яких включають інженерно-технічних робітників, кваліфікованих зварників та інших робочих, що мають відповідні знання і досвід виконання ремонтного зварювання і неруйнівного контролю таких виробів.
Контрольні питання:
Запитання 1
Резервуари для зберігання рідин є:
варіанти відповідей
А) обслуговуючі конструкції;
Запитання 2
Трубопроводи промислових підприємств, призначені для транспортування сировини, матеріалів, необхідних для здійснення технологічних процесів, називаються:
варіанти відповідей
Запитання 3
3.Бункери, затвори, кожухи обладнання відносяться до:
варіанти відповідей
А) нестандартного обладнання;
Запитання 4
До оболонкових конструкцій відносяться:
варіанти відповідей
Запитання 5
Конструкції і конструктивні елементи, що працюють в основному на поперечний вигин:
варіанти відповідей
Запитання 6
Жорстко з'єднані між собою балки утворюють
варіанти відповідей
Запитання 7
Зміна форми і розмірів виробу під дією зовнішньої і внутрішньої сили називається
варіанти відповідей
Запитання 8
Ширина зони, що піддається зачищанню перед зварюванням, становить не менше:
варіанти відповідей
Запитання 9
Залежно від яких характеристик з'єднання встановлюють крок і розмір прихваток?
варіанти відповідей
Залежно від довжини з'єднання
Залежно від типу з'єднання
Залежно від товщини з'єднання
Запитання 10
Зазор між стикуємими елементами і притуплення кромок становить від ...
варіанти відповідей
