3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ С ЛИТЕЙНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
Цилиндры горизонтального пресса усилием 12 000 т. В этом прессе усилие создается главным цилиндром диаметром 2250 мм и двумя боковыми диаметром по 1560 мм каждый. Рабочее давление 300 кГ/ши2. Пресс был изготовлен в годы войны, и произвести гидравлическое испытание цилиндров на заводе-изготовителе тогда не представлялось возможным. После сборки пресса и гидравлической опрессовки выявилось, что верхний и нижний цилиндры имеют литейные дефекты, расположенные около питательных отверстий в месте перехода купольной части к цилиндру. При гидравлической опрессовке был обнаружен выход жидкости в виде отдельных капель на значительной части поверхности цилиндра, свищей и даже нескольких струй диаметром 2—4 мм.
Просвечиванием у-лучами установлено, что в первом цилиндре дефекты занимают площадь 520X320 мм. Во втором цилиндре обнаружены два дефектных участка размерами 450X220 и 680X280 лш. Цилиндры изготовлены из литой стали, содержащей 0,33—0,35% С, 0,75—0,76% Мп, 0,45—0,47% Si, 0,035% S, 0.028—0,032% Р. Структура металла характерна для стального литья, термически не обработанного. Площадь дефектных участков была большая. Много дефектов в виде крупных раковин было расположено ближе к внутренней поверхности. Единственным способом исправления являлось полное удаление этих участков и вварка на их место новых стальных вставок. Были заготовлены поковки из стали с пределом прочности 45 кГ/мм2, имеющей следующий химический состав (в %): 0,37 С; 0,66 Мп; 0,25 Si; 0,029 S; 0,42 Ni; 0,87 Сг. Дефектные участки удалялись газовым резаком. Резка производилась после общего подогрева цилиндра до 300° С. Цилиндр с удаленным дефектным участком показан на рис. 15.
Для сварки была изготовлена специальная электрическая печь со спиралями сопротивления мощностью 300 ква. Максимальная температура нагрева 900 °C, скорость нагрева 10—20 град/ч, напряжение 380 в. Вес свариваемых деталей до 50 т. Конструкция печи —? секционная разборная, состоящая из пода (днища), двух боковых стенок, двух торцовых стенок и двух секций крышки. Это позволило установить цилиндр на под печи в нужном положении, удобном для сварки. Краном были установлены вертикальные стенки печи, затем их соединили болтовыми стяжками и изолировали стыки между секциями. Печь была накрыта крышками, одна из которых — постоянная на все время работ, а вторая, расположенная над местом сварки, — съемная (рис. 16).
После нагрева цилиндра до заданной температуры съемная крышка удалялась краном и на ее место устанавливался щит, изготовленный так, чтобы он полностью перекрывал верхнее отверстие печи и изолировал цилиндр от наружной атмосферы. В щите было сделано отверстие, расположенное над местом сварки и позволявшее сварщикам производить работу на нагретом цилиндре, не извлекая его из печи.
Восстановление двух цилиндров было произведено путем удаления дефектных участков металла и вварки новых кованых вставок. Вставки устанавливались на подкладных планках, заранее прихваченных к нижней полости цилиндра. Сварка выполнялась одновременно двумя сварщиками. Поскольку дефектный участок выходил на питательное отверстие , направление сварки выбиралось таким, чтобы сварка заканчивалась на краях отверстия. Сварка выполнялась электродами УОНН-13/55 способом «горкой», с послойной проковкой шва. В процессе сварки были проведены два промежуточных высокотемпературных отпуска с нагревом до 650—670° С. Все сварочные работы выполнялись за один тепловой цикл. После заварки первого цилиндра печь разбирали и цилиндр после охлаждения подвергали механической обработке. В печь устанавливали следующий цилиндр и заваривали его по технологии, описанной выше.
После одного года эксплуатации пресса с двумя заваренными боковыми цилиндрами в главном цилиндре на его купольной части стали появляться капельки рабочей жидкости, просачивающиеся через стенку толщиной 400 мм. С течением времени количество выходящей жидкости увеличивалось, и через несколько месяцев появились струйки, число которых стало резко возрастать. Дальнейшая эксплуатация пресса стала невозможной. В этом случае имели дело уже с мелкими литейными дефектами (газовыми порами и ходами, а также шлаковыми включениями), которые под действием нагрузки постепенно соединялись между собой и затем выходили на поверхность. Под действием давления 300 кГ/см2 жидкость начинала как бы «размывать» ходы в стали и их размеры быстро увеличивались. Для определения размеров литейных дефектов и положения их на внутренней поверхности цилиндра над одним из наиболее крупных дефектов с наружной стороны к цилиндру была приварена полая стальная сфера с приспособлением для присоединения гидравлического пресса (рис. 17). В эту полость была подана вода под давлением 300 кГ1см2. На внутренней поверхности было видно, где выходила вода. Таким способом выявили дефекты, расположенные вокруг питательного отверстия на расстоянии от него по радиусу до 250 мм.
Просвечивание у-лучами подтвердило, что вся купольная часть поражена литейными дефектами. Для восстановления цилиндра дефектную купольную часть удалили полностью механическим путем. Из поковки (сталь 30) изготовили новую купольную часть, которую установили на место удаленной. Общий вид разделки показан на рис. 18. Приварка осуществлялась ручной дуговой сваркой, одновременно двумя дугами, электродами УОНИ-13/55. Сварка выполнялась с общим нагревом цилиндра до 350—400 °C. В процессе сварки производились три промежуточных отпуска при 620—650 °C.
Для выполнения сварки в удобном положении требовалось установить цилиндр в вертикальном положении. Поскольку вес цилиндра 62 т и высота более 4 м, сооружение вертикальной печи вызвало бы большие затруднения, гак как, кроме печи, в верхней части нужно было создать еще рабочую площадку и обеспечить нормальные условия работы сварщикам. Для устройства электрической печи мощностью 600 кет (напряжение 380 в, трехфазный переменный ток) была использована имевшаяся на заводе технологическая яма нужного диаметра глубиной 5 м. Стенки ямы были выложены огнеупорным кирпичом, в кладке которого оставлены пазы для закладки нагревательных спиралей. В печь в вертикальном положении был помещен цилиндр, внутри которого также был установлен нагревательный элемент (рис. 19). Верхняя крышка печи съемная, что позволяло производить сварочные работы на нагретом цилиндре.
Удаление дефектной части купола было выполнено газовой резкой с помощью установки УРР-600. Для резки было изготовлено циркульное приспособление, на котором был укреплен резак РР-600 низкого давления для резки стали больших толщин. Рез начинался с отверстия диаметром 25 мм, специально просверленного для этой цели. Толщина стенки в месте сверления 420 мм. Перед началом реза цилиндр нагрели до 350° С, что обеспечило полное отсутствие закалочных структур на поверхности реза п резко уменьшало опасность возникновения термических трещин. Кроме того, такой нагрев улучшил качество реза и значительно ускорил процесс. Вырезанную купольную часть исследовали с целью определения количества литейных дефектов; исследовали также поверхность реза по цилиндру (после ее зачистки наждачным камнем). Проверка показала, что все литейные дефекты находились в удаленной части купола. Эго дало возможность гарантировать дальнейшую нормальную длительную работу восстановленного цилиндра при условии качественного выполнения сварочных работ. Механическая обработ ка купольной части была произведена после удаления дефект ного участка и замеров полученного отверстия, что позволило получить размеры разделки, дающие минимальный объем наплавленного металла.
Сварка и установка новой купольной части производились на остающемся подкладном кольце размером 50x10 лглц изготовленном из полосовой стали марки Ст. 3. Кольцо было, приварено по всей окружности к нижней кромке разделки цилиндра двумя швами. Такое кольцо позволило прочно установить купольную часть и обеспечило наличие постоянного зазора в нижней части, равного 10—12 мм.
Сварка выполнялась одновременно двумя дугами электродами УОНИ-13/55, собранными в пучки по 3 и 4 шт. Сварочный ток для трех электродов был равен 400 а, а для четырех — 500— 540 а. Заполнение швов выполнялось способом «горки». В начале сварки наплавкой было создано возвышение около 100 мм, на которое постепенно с двух сторон и производилось наложение швов под углом в 45°. После заполнения 'Д, */г и 3Д толщины свариваемого сечения были произведены промежуточные отпуски при 650° С с выдержкой при этой температуре в течение 2 ч. Затем температуру снижали до 450° С и сварочные работы возобновляли.
Графики изменения температур приведены на рис. 20. Такая технология сварки позволила выполнить все работы при общем нагреве цилиндра в пределах 350—650° С. Процесс проковки швов пневматическими молотками показан на рис. 21.
Восстановление было выполнено удачно, что позволило отказаться от изготовления нового цилиндра и сократило возможный простой уникального пресса с двух лет до двух месяцев.
Главный цилиндр вертикального пресса усилием 5000 т. Цилиндр изготовлен по совмещенной схеме, он является одновременно главным цилиндром и верхней траверсой пресса. Нижняя часть цилиндра усилена поясом, у которого имеются четыре прилива с отверстиями для установки колонн пресса. Цилиндр-траверса работает в условиях сложных нагрузок, создаваемых гидравлическим давлением в цилиндре, равным 300 кГ/см2, и механическими усилиями 5000 т; эти нагрузки передаются через колонны к нижней траверсе.
Цилиндр изготовлен из литой стали следующего химического состава: 0,28% С; 0,75% Мп; 0,30% Si; 0,045% S; 0,05% Р. Вес цилиндра 28 500 кГ. Прее используется для штамповки и ковки деталей.
После нормальной эксплуатации пресса в течение более 12 лет в его цилиндре образовалась трещина длиной около 200 мм, через которую выходила водяная эмульсия. При осмотре внутренней поверхности цилиндра были обнаружены литейные дефекты и трещины, сдвинутые по отношению к наружной трещине на 300—350 мм. Пресс был демонтирован и цилиндр установлен на расточный станок для разделки дефекта под сварку. Во время сверления первого отверстия по трещине снаружи, после того как сверло прошло примерно 3А толщины стенки, из просверленного отверстия начала выходить эмульсия (около 40 л).
Следовательно, во внутренней полости металла можно было ожидать наличия значительных пустот литейного происхождения. При сквозном вскрытии стенки цилиндра выявилось расслоение металла, расположенное на расстоянии 200—250 мм от наружной поверхности и на 120—80 мм от внутренней (рис. 22). Расстояние между внутренними поверхностями составляло 30— 50 мм. Глубину дефекта полностью установить было невозможно. Местами проволочный щуп погружался на 400 мм. Такой крупный литейный дефект крайне осложнял ремонтные сварочные работы.
Для получения надежных результатов восстановления, с помощью газовой резки было произведено максимально возможное удаление дефектного участка путем вырезки отверстия раз-
мером 950X1200 мм. Однако все же не удалось полностью удалить дефекты литья. Тогда решили литейный дефект заварить без дальнейшего нарушения целостности стенок цилиндра. Для этого литейный дефект с торца реза разделывался резаком типа РВП-49. Разделка велась до наиболее полного удаления дефекта на глубину от 80 до 450 мм. В двух местах на длине 100— 150 мм удалить полностью литейный дефект не удалось даже и на этой глубине. Учитывая незначительную протяженность оставшихся дефектов и невозможность их вскрытия, решили эти дефекты заварить.
Для выполнения сварочных работ была построена электрическая печь мощностью 400 ква. Конструкция печи предусматривала возможность снятия части боковых стенок и крышки для свободного доступа к месту сварки. Та часть цилиндра, на которой выполнялась сварка, изолировалась от остального объема печи.
Работы велись в следующей последовательности: высокотемпературный отпуск при 650° С; заварка литейных дефектов в торцовых частях разделки (выполнялась одновременно двумя сварщиками при температуре цилиндра 400°С); второй отпуск при 650° С и охлаждение цилиндра с печью до температуры цеха; установка кованой вставки из стали 40 на остающемся подкладном кольце: нагрев цилиндра с печью до 450° С и заварка вставки с двух сторон в полувертикальном положении способом «горкой» под углом в 45°. После заполнения этих швов был дан третий отпуск при 650° С и затем охлаждение с печью до температуры цеха. После этого цилиндр был извлечен из печи и установлен в ней вновь в ином положении, удобном для сварки последней стороны разделки. Ввиду большой жесткости этого узла и расположения шва около прилива для колонн заварку данного участка производили при общем нагреве цилиндра до 160—490° С. Была также усилена степень проковки швов.
Указанная выше технология позволила получить надежное сварное соединение. В процессе сварки не было обнаружено каких-либо надрывов в сварных швах, а также трещин в кратерах. На все сварочные работы было израсходовано около 1500 кг электродов. Сварка выполнялась от сварочного преобразователя ПСМ-1000. Каждая дуга питалась от группы из трех балластных реостатов, включенных параллельно. Для увеличения производительности наплавки применялись пучки из двух-трех электродов диаметром по 5 мм. Восстановленные цилиндры работают безотказно в течение 8 лет.