7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ С МЕСТНОЙ ТЕРМООБРАБОТКОЙ
В ряде случаев ремонта стальных массивных изделий применение общей термообработки всего изделия осуществить невозможно. В то же время большие толщины свариваемого металла и общая жесткость изделия создают условия для возникновения значительных внутренних напряжений. Возникает реальная опасность разрушения сварного соединения или свариваемой стали по целому месту.
Такие разрушения могут возникнуть сразу же после сварки или при первых нагружениях детали. В этих случаях для уменьшения напряжений наиболее целесообразно:
1) при подготовке изделия под сварку полностью вскрывать дефект и обеспечивать заварку с минимальным количеством наплавленного металла;
2) сварочные работы производить с местным подогревом свариваемых участков до 150—250 °C, так как такой подогрев значительно снижает величину внутренних напряжений;
3) для сварки применять электроды с фтористо-кальциевым покрытием;
4) марку электрода выбирать так, чтобы металл шва обладал большей вязкостью, чем основной металл; для сварки обычной литой стали целесообразно применять электроды УОНИ-13/45; сварку следует выполнять за один тепловой цикл, не прекращая ее до полного заполнения всей разделки.
Если объем наплавляемого металла велик и сварной шов имеет достаточную длину, целесообразно выполнять сварку одновременно двумя или тремя сварочными дугами. При большом объеме металла для заполнения разделки в ряде случаев приходится организовывать работу в несколько смен круглосуточно до полного окончания работ без охлаждения шва. Весьма целесообразно применять послойную проковку швов (типа чеканки), выполняемую пневматическим молотком с зубилом с закругленным бойком; после окончания всех сварочных работ во всех случаях, когда это возможно, нужно провести подогрев сварного шва и зон влияния до температур порядка 450—650 °C или даже до более низких, насколько позволяют средства нагрева и размеры деталей. Такой подогрев можно произвести мощными газовыми горелками. Хорошие результаты дает применение многопламенных горелок, работающих на газах — заменителях ацети* лена (пропан-бутане, городском или коксовом газах). Хорошие результаты с равномерным прогревом дает индукционный нагрев токами промышленной частоты. Можно подогревать детали также подвесными жаровнями с коксом или древесным углем. Весьма целесообразно после полного остывания заваренную деталь выдержать 60—70 ч без нагрузки. При такой выдержке может произойти некоторая релаксация внутренних местных напряжений, кроме этого, значительно уменьшается опасность разрушения изделия в первые моменты нагрузки. Рекомендуется во всех случаях, когда это возможно, постепенно увеличивать нагрузку на отремонтированную деталь от минимума до нормальной рабочей величины; в ряде случаев, в первый период эксплуатации, необходимо установить тщательный периодический контроль за состоянием сварного соединения. Ниже рассматриваются несколько случаев выполнения ремонтных сварочных работ с местной термообработкой.
Заварка трещин в цапфах шаровых мельниц. Шаровые мельницы широко применяются в промышленности для размола сырья, различных полуфабрикатов и цемента. Все эти агрегаты весом до сотен тонн выполнены по общей конструктивной схеме. Стальной цилиндрический корпус защищен изнутри броневыми плитами. Мельница опирается на мощные стальные цапфы, отлитые из стали заодно с днищем мельницы. Днища с цапфами крепятся к цилиндрической части болтами или привариваются. Мельницы устанавливают наклонно так, что через верхнюю цапфу производится загрузка сырья, а через нижнюю — выгрузка готового продукта. Внутренняя часть мельницы разделена на ряд отсеков с решетчатыми стенками. Отсеки заполняются размалывающими телами (шарами, звездами, цилиндрами), изготовленными из твердого металла. Вращение мельницы осуществляется через редуктор, передающий усилие на шестерню, насаженную на цилиндрическую часть корпуса. Самым слабым местом этих агрегатов являются опорные цапфы, которые сильно нагружены, так как они воспринимают всю весовую нагрузку. В цапфах возникают значительные знакопеременные напряжения. Внутренняя поверхность цапфы подвергается износу движущимся перемалываемым продуктом. Вес днища с цапфой в современных мельницах достигает 20—25 т. Толщина стенки цапфы 60—120 мм, а в месте перехода ее в днище— 150 мм. Цапфа является весьма ответственным узлом мельницы, так как в случае ее обрыва неизбежна авария, вызывающая падение мельницы, разрушение привода и другие тяжелые последствия. При эксплуатации мельниц в цапфах достаточно часто возникают трещины, которые, постепенно развиваясь, становятся сквозными. Как правило, кольцевые трещины возникают в зоне перехода цапфы к днищу и направлены обычно под углом около 40° к образующей цапфы. Цапфу как бы «выламывает» из тела днища. Значительно реже встречаются случаи продольного расположения трещин по образующей цапфы и направленных радиально по днищу.
Днища изготовляют из литой стали, содержащей: 0,35— 0,45% С, 0,6—0,8% Мп и 0,2—0,35% Si. Во всех случаях ремонта, когда это возможно, необходимо снять днище с мельницы и выполнять все сварочные работы в удобном для нагрева и сварки положении. Обязательно следует провести термообработку для снятия напряжений. В этом случае можно гарантировать последующую нормальную работу восстановленного узла. Нагрев удобно выполнять в специальном горне, где днище размещается горизонтально, а отверстие цапфы используется в качестве вытяжной трубы. Схема нагрева цапфы и заварки трещины' показана на рис. 42. Нагрев осуществляется коксом, с умеренным воздушным дутьем. Разделка трещин производится газовой резкой при общем нагреве до 150—200 °C. Сварка выполняется по обычней технологической схеме, принятой для горячих работ на стальных изделиях, описанной выше.
Иногда по ряду причин (отсутствие подъемных механизмов, малые габариты помещения и др.) не представляется возможным снять днище с мельницы для ремонта. В таких случаях приходится выполнять работы без демонтажа днища. Для получения удовлетворительных результатов необходимо производить эти работы по следующей технологической схеме: цапфу и днище устанавливают в удобное для сварки положение и освобождают от нагрузки путем поднятия корпуса мельницы с опорного подшипника гидравлическими домкратами на высоту, при которой расстояние поверхности цапфы от подшипника будет равно 100—150 мм. В этом положении корпус мельницы фиксируется подкладками. Во внутреннюю полость цапфы устанавливают решетку временного горна на расстоянии ’/з диаметра (считая снизу). На вертикальной части днища устраивают подвесное решетчатое горно. Перед началом работ по разделке цапфы производят общий нагрев днища коксом до 200—250 °C (рис. 43). Чтобы уменьшить тепловые потери и обеспечить удобство работы, всю наружную поверхность днища и цапфы за исключением места сварки изолируют асбестовой крошкой или шлаковатой.
Вырезка трещины под сварку и выполнение всех сварочных работ ведется за один тепловой цикл. После окончания разделки допускается охлаждение цапфы и днища для тщательного осмотра и зачистки места реза. Весьма важно убедиться в том, что весь дефект удален полностью. Заварка ведется при общем подогреве днища до 200—250 °C и выполняется также за один тепловой цикл.
При большом объеме работ сварку выполняют посменно несколько сварщиков. Обязательно проводится тщательная и интенсивная проковка шва пневматическим молотком. Для сварки используют электроды УОНИ-13/55. После окончания сварки горн вновь заполняют коксом, а место сварки дополнительно прогревают мощной газовой горелкой до 450—480 °C. Контроль температуры производится с помощью термокарандашей. Установку цапфы на подшипник желательно производить через 48—64 ч после полного остывания цапфы и днища. Отремонтированные по описанной технологии несколько цапф, имевшие достаточно большие разрушения, показали хорошую работоспособность в течение длительного периода эксплуатации.
Ремонт опорных бандажей цементных печей. Бандажи являются ответственными и сильно нагруженными деталями цементных вращающихся печей. Цементная печь, опираясь на бандаж, передает часть своего веса на участок бандажа, лежащий на двух опорных роликах. Бандажи изготовляются из литой или кованой стали повышенной прочности и твердости. Для печей большого диаметра (до 6 м) бандажи по условиям транспортировки изготовляются из двух полуколец, со сваркой двух стыков на месте монтажа. Бандажи устанавливаются на подбандажную обечайку печи при ее монтаже. Смена бандажа в процессе эксплуатации печи невозможна без проведения больших монтажных работ. зачищали зубилом и наждачным камнем до чистого металла. Сборку выполняли на подкладной остающейся планке. Сварку осуществляли на ролико-опоре с предварительным местным подогревом свариваемого стыка до 140—160 °C. Сварку вели одновременно два сварщика с двух диаметрально противоположных участков и с постепенным поворотом реактора; сварка была выполнена за один тепловой цикл до полного заполнения разделки кромок. После сварки шов был подвергнут местному отпуску дл я снятия напряжений путем нагрева до 650 °C с выдержкой в течение 2 ч при этой температуре. Нагревание производилось индукционным способом токами промышленной частоты путем наложения на сварное соединение витков индуктора, охлаждаемых водой.
По этой технологии были выполнены работы на нескольких реакторах, которые затем работали нормально в течение длительного времени. Разрывы бандажей происходят достаточно часто и могут вывести печной агрегат из строя на длительный период. В настоящее время разработана и широко применяется следующая технология ремонта бандажей без демонтажа печи. Печь устанавливают так, чтобы разрыв бандажа был расположен в ее верхней части. Обычно сечение бандажа прямоугольное размером 800X200 мм или коробчатое. В верхней части, где бандаж не будет соприкасаться с корпусом печи, в зазор закладывают теплоизоляцию из листового асбеста для того, чтобы изолировать свариваемый стык от корпуса печи. Разделка трещины или разрыва производится газовым резаком и делается чашеобразной с зазором 8—-10 мм. Под стык устанавливают подкладную планку размером 5X20 мм. Схема ремонта показана на рис. 44. Резка производится с подогревом кромок до 150 200 С.
Сварка ведется одновременно в две дуги «горкой» с вершиной, пасположенной по центру сечения. Для сварки применяются электроды УОНИ-13/65. Верхние три-четыре слоя по поверхности катания завариваются электродами У-340/105. Сварку обязательно нужно выполнять за один тепловой цикл. Необходимо применять послойную проковку швов (чеканку) .
Сразу же после окончания сварки на стык надевают разборный переносной горн, и стык подвергают отпуску при 650—680 °C для снятия напряжений. Нагрев осуществляется коксом, остывание естественное вместе с горном. После термообработки поверхность катания обрабатывается наждачным камнем.
По описанной технологии было восстановлено большое количество бандажей. Наблюдение за эксплуатацией показало, что повторное разрушение бандажей, как правило, происходит вне сварного соединения.
Реконструкция стальных реакторов на заводах синтеза спиртов. Реактор представляет собой цельнокованый сосуд, изготовленный из стали, по своему составу и механическим свойствам соответствующей стали 20К. Размеры реактора: высота 11 м, диаметр 1340 мм, толщина стенки 70 мм. Рабочее давление 80 кГ/см2, рабочая температура 300 °C, среда агрессивная. Внутренняя поверхность реактора защищена слоем меди. Для замены медной футеровки потребовалось удалить одно из днищ реактора и затем вновь приварить его на прежнее место. Резка производилась кислородным резаком по разметке и шаблону. После замены футеровки отрезанную часть подготовляли под сварку с помощью кислородной резки. Поверхность реза зачищали зубилом и наждачным камнем до чистого металла. Сборку выполняли на подкладной остающейся планке. Сварку осуществляли на ролико-опоре с предварительным местным подогревом свариваемого стыка до 140—160 °C. Сварку вели одновременно два сварщика с двух диаметрально противоположных участков и с постепенным поворотом реактора; сварка была выполнена за один тепловой цикл до полного заполнения разделки кромок. После сварки шов был подвергнут местному отпуску дл я снятия напряжений путем нагрева до 650 °C с выдержкой в течение 2 ч при этой температуре. Нагревание производилось индукционным способом токами промышленной частоты путем наложения на сварное соединение витков индуктора, охлаждаемых водой.
По этой технологии были выполнены работы на нескольких реакторах, которые затем работали нормально в течение длительного времени.