Глава I. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ И СПОСОБОВ ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
Сварка и наплавка являются технологическими процессами, широко применяемыми в настоящее время при ремонтных работах.
Современный уровень технологии сварки и наплавки позволяет надежно, быстро и дешево восстанавливать сложные и дорогостоящие изделия, узлы и части машин, вышедшие в процессе эксплуатации из строя вследствие износов и поломок.
Методами сварки и наплавки надежно восстанавливаются даже такие сложные и точно обрабатываемые детали, как коленчатые валы, станины и цилиндры дизелей, компрессоров, насосов; станины и цилиндры гидравлических прессов; валы и станины различных смесителей, а также другое сложное оборудование, работающее в тяжелых условиях динамических, вибрационных, тепловых и других нагрузок. Восстановленные детали, как правило, могут работать не хуже новой детали. В ряде случаев при восстановительных работах удается даже улучшить эксплуатационные свойства деталей и повысить надежность их работы. Это достигается как конструктивными изменениями узлов при заварке различных изломов и трещин, так и наплавкой поверхностного слоя металлом, обладающим лучшими эксплуатационными свойствами, чем основной металл.
Все ремонтные сварочные и наплавочные работы можно классифицировать по характеру повреждений деталей, которые разделим на два основных вида:
I. Повреждения рабочих поверхностей деталей и изменение первоначальных размеров вследствие износа от истирания сопрягаемых поверхностей, соприкосновения с абразивными материалами, поверхностных ударов, воздействия потоков газов, паров, жидкостей и других неблагоприятных условий эксплуатации.
Повреждения рабочих поверхностей исправляются наплавкой и металлизацией.
II. Повреждения, связанные с разрушениями деталей вследствие образования изломов, трещин, отколов. Такие повреждения исправляются сваркой.
Для облегчения выбора способа восстановления, присадочного металла и других технологических условий ниже предлагается разбивка деталей по группам в зависимости от характера износа или повреждения. Эта классификация позволяет правиль нее определить причину повреждения и выбрать способ восстановления, обеспечивающий высокие эксплуатационные качества детали после ремонта при наименьших затратах на восстановление, а также оценить возможность механизации сварочных работ.
I. Износ рабочих поверхностей можно разделить на следующие группы:
Группа Iн *. Износ поверхностей сопрягаемых деталей вследствие трения (скольжения или качения) и смятия. Сюда относятся, например, износы деталей железнодорожного подвижного состава — бандажи и центра колес, оси; проушины траков гусеничных тракторов; коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания; валы турбин, насосов и детали другого разнообразного Машиностроительного, транспортного, сельскохозяйственного и химического оборудования. Поскольку большинство таких деталей работает при постоянных или периодических соприкосновениях пары металл — металл, вновь наплавленный слой должен иметь твердость, требуемую техническими условиями, превышение которой недопустимо.
Восстановление большей части деталей этой группы производится по строго разработанной технологии, зафиксированной в специальных технологических картах. Такие карты обеспечивают однотипность технологии восстановительных работ, возможность применения автоматических способов сварки, высокое качество и требуемую работоспособность восстановленых деталей. Разработка технологических карт для сварки и наплавки деталей широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Типовые карты являются обязательными для организаций, выполняющих ремонт. Рекомендуемые способы восстановительных работ для деталей этой группы приведены в табл, 1.
Группа Ин. Износ рабочих поверхностей штампов, прокатных валов, ножей для резки холодного и горячего металла и других деталей штамповочного и прокатного производства. Подобные разрушения возникают вследствие трения, ударных нагрузок, действия температуры, газов и давления. Сварка и наплавка при ремонте таких изделий в последнее время получили весьма широкое применение. Созданы и с успехом применяются способы наплавки рабочих поверхностей деталей из специальных легированных сталей сложной композиции. Применение этих способов позволяет в ряде случаев получить рабочие поверхности, превосходящие по своим эксплуатационным свойствам основной металл.
Следует отметить, что экономическое значение этих работ для народного хозяйства чрезвычайно велико. Штампы или прокатные валки из высоколегированной стали весом в несколько тонн, сложные в изготовлении и требующие большой точности, часто выходят из строя вследствие недопустимого износа какой-либо незначительной грани их профиля. При отсутствии надежного способа наплавки деталь или бракуется, или перетачивается на другой размер. Наплавка же позволяет быстро и надежно восстанавливать эти изделия (табл. 2). Разработан ряд способов наплавки, позволяющих автоматизировать процесс.
Группа IIIн. Износ деталей, соприкасающихся с различными твердыми породами и грунтами и подверженных значительному абразивному истиранию и ударным нагрузкам. К этой группе относятся детали машин и механизмов, работающих на переработке минерального сырья, обработке почвы, бурении скважин, добыче руды, угля, сланцев, различных сельскохозяйственных машин, оборудования цементных мельниц, драг и другого оборудования.
Наплавка таких деталей должна обеспечить получение твердого износоустойчивого слоя. В большинстве случаев наплавленный слой может быть в последующем обработан только твердым абразивным инструментом. Эти работы носят массовый характер, поэтому в данном случае вопросы низкой стоимости наплавки, применения дешевых и недефицитных материалов имеют большое значение. Например, наплавка лемехов тракторных плугов дешевым хромистым отбеленным чугуном позволяет вдвое уменьшить расход стали на 1 га пашни, улучшить эксплуатацию Iракторного парка и значительно сократить расход горючего. Рекомендуемые способы наплавки деталей этой группы приведены в табл. 3.
Группа IV н. Эрозионные и кавитационные разрушения поверхностей деталей, работающих под действием жидкостных или газовых струй, обладающих большими скоростями, высоким давлением и в некоторых случаях — высокой температурой.
Современные тепловые электростанции работают на высоких избыточных давлениях пара (150—250 кГ)см2) при 475—575° С. Рабочие поверхности регулирующей и запорной арматуры в этом случае должны обладать высокой стойкостью, хорошо сопротивляться эрозии, образованию окалины и межкристаллитной коррозии, обеспечивая длительную работу.
Изготовление и ремонт такой арматуры осуществляются при помощи дуговой наплавки специальными электродами, которые обеспечивают высокие эксплуатационные свойства и длительную работу рабочих поверхностей этой арматуры. Уплотняющие поверхности наплавляются при точном соблюдении режимов предварительного подогрева и последующей термической обработки.
Таблица I
Рекомендуемые способы восстановления деталей группы Iн
|
Характеристика деталей |
Способ восстановления |
Электроды, присадочный металл и флюсы |
Возможные области применения способа |
|
Скользящие и опорные поверхности штампованных, кованых, литых и прокатанных деталей, изготовленных из углеродистых и низколегированных сталей |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа Э34, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э55А, Э60, Э85 и др. (ГОСТ 9467—60), а также электроды ЭН15ГЗ-25: ЭН-14Г2Х-30: ЭН-18Г4-35 и др. (ГОСТ 10051—62). Тип электрода выбирается в зависимости от заданной твердости наплавленного слоя и характера работы детали. Для массовых работ рекомендуются электроды АНО-1. ОЗС-З, ОЗС-4, ЙМЕТ-3. МР-3 и др. |
Изделия индивидуального производства с ограниченными размерами наплавляемых поверхностей. Толщина наплавленного слоя не ограничена |
|
Автоматическая и полуавтоматическая на плавка под флюсом |
Проволоки Св-08, С.В-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2, Св-08ГС, Св-12ГС и др. (ГОСТ 2246—60) в зависимости от марки стали. Проволоки углеродистые и легированные по ГОСТу 10543—63. Порошковые проволоки различных составов. Флюсы ОСЦ-45, АН-348А по ГОСТу 9087—59. Керамические и плавленые флюсы различных составов |
Изделия массового производства с большими наплавляемыми поверхностями |
|
|
Электрошлаковая наплавка |
Проволоки те же, что н для автоматической сварки. Флюсы АН-20, АН-22 и др. |
Изделия массового производства с большими объемами и площадями наплавки |
|
Вибродуговая наплав ка |
Проволоки, обеспечивающие заданную твердость наплавленного слоя, например, Св-08, Св-10ГА, Св-12ГС и др. (ГОСТ 2246—60); проволоки 1Х18Н9Т, 3X13, У7, У9, Р9 и др., дающие наплавленный слой заданного состава, а также проволоки по ГОСТу 10543—63 |
Изделия, нагрев которых в процессе наплавки нежелателен: коленчатые валы двигателей, компрессоров и различные детали оборудования |
|
|
Скользящие и опорные поверхности штампованных, кованых, литых и прокатанных деталей, изготовленных из углеродистых и низколегированных сталей |
Металлизация |
Проволоки, обеспечивающие требуемые свойства металлизационного слоя, в том числе Св-08, Св-10ГА, Св-Х18Н9Т и др. по ГОСТу 2246—60 и различные проволоки по ГОЬ'Гу 10543—63 |
Тела вращения, не допускающие нагрева при восстановлении |
|
Ацетилено - кислород ная наплавка |
Проволоки Св-08, Св-08А, Св-10ГА и др. по ГОСТу 2246—60 и различные проволоки по ГОСТу 10513—63 в зависимости от состава основного металла |
Изделия малого веса с незначительным износом |
|
|
Скользящие и опорные поверхности чугунных деталей |
Ацетилено - кислородная наплавка |
Чугунные присадочные стержни марок А или Б по ГОСТу 2671—44; стержни НЧ-1, НЧ-2 ВНИИавтогенмаша. Флюсы ФПЧ-1, ФНЧ-2 ВНИИавтогенмаша; бура или смесь буры с содой в равных количествах; газообразные флюсы БМ-1, БМ-2 |
Различные чугунные детали малых и средних размеров с изношенными поверхностями |
|
Ручная дуговая наплавка |
Чугунные электроды ОМЧ-1, ЦЧ-4, ЦЧ-3 и др. со специальными покрытиями. Наплавка по флюсу угольными электродами |
Различные чугунные детали массового или индивидуального производства |
|
|
Дуговая полуавтоматическая наплавка |
Порошковые проволоки ППЧ-1, ППЧ-2 и др. |
|
Характеристика деталей |
Способ восстановления |
Электроды, присадочный металл к флюсы |
Ёозможные области применения способа |
|
Скользящие и опорные поверхности бронзовых, латунных и медных деталей |
Ацетилено - кислород ная наплавка |
Присадочные стержни, соответствующие по составу основному металлу. Порошковые флюсы для сварки цветных металлов; бура и борная кислота. Газообразные флюсы БМ-1, БМ-2 |
Различные детали и. меди, латуни и бронзы с незначительным износом рабочих поверхностей |
|
Ручная дуговая наплавка металлическим электродом |
Электроды нли присадочные стержни, соответствующие по составу основному металлу. При наплавке угольным электродом в качестве флюса применяется бура |
Различные детали из меди, латуни и бронзы с большим износом рабочих поверхностей |
|
|
Полуавтоматическая наплавка порошковой проволокой открытой дугой, под флюсом и в углекислом газе |
Порошковая проволока, обеспечивающая получение металла заданного состава; плавленые или керамические флюсы |
— |
|
|
Изношенные концы рельсов и крестовин из углеродистых сталей |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа ЭН-70Х11-25, ЭН-15ГЗ-25 и др. по ГОСТу 10051—62 марок ОЗН-250, ОЗН-ЗОО, O3H-350, ОЗН-400, К-2-55 и др. |
Восстановление рельсов заводских и магистральных линий и подкрановых путей |
|
Изношенные железнодорожные крестовины и другие детали из стали Г13 |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа ЭН-70Х11-25. ЭН-70Х13НЗ-25 по TOCTv 10051—62 марок ОМГ и ОМГ-Н |
Восстановление железнодорожных крестовин, стрелочных переводов |
|
|
Полуавтоматическая наплавка под флюсом и в учлекислом газе |
Проволоки НП-ЗХ13; НП-4Х13 по ГОСТу 10543—63. Порошковая проволока 3X13. Плавленые флюсы. Углекислый газ |
Детали, имеющие большой износ |
|
Паровозные бандажи, вагонные колеса, катки кранов I |. 1 1 |
Дуговая ручная наплавка |
Электроды типа ЭН-15ГЗ-25. ЭИ-20Г4-40 и др. по ГОСТу 10051—62 марок ОЗН-ЗОО, O3H-350, У-340/105 |
Местные незначительные износы |
|
Автоматическая на плавка под флюсом |
Проволоки по ГОСТам 2246—60 и 10543—63, обеспечивающие в наплавке нужную износостойкость. Флюсы ОСЦ-45 и АИ-348А |
Сплошная кольцевая наплавка при массовом восстановлении деталей |
|
|
Полуавтоматическая наплавка под флюсом и в углекислом газе |
Порошковая проволока. Проволоки Св-08, Св-08А по ГОСТу 2246—60 в сочетании с магнитным флюсом требуемого состава или керамическим флюсом. Проволоки НП-50, НП-65Г по ГОСТу 10543—63 |
Восстановительные работы в условиях серийного и массового производства при местном износе незначительных размеров |
|
|
Примечания: 1. Выбор способа наплавки определяется наличием оборудования, присадочных металлов, флюсов, коли чеством восстанавливаемых деталей, объемом наплавки. 2. Марка присадочной проволоки и электроды выбираются в соответствии с химическим составом основного металла и требованиями к наплавленному металлу. 3. Режимы наплавки определяются толщиной стенки наплавляемой детали, величиной наплавляемого слоя, химическим составом основного металла. |
|||
Таблица 2
Рекомендуемые способы восстановления деталей группы IIн
|
Детали |
Способы восстановления |
Электроды, присадочный металл н флюсы |
Условия термообработки |
|
Штампы для холодной обрезки и холодной штамповки |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа ЭН-25Х12-40, ЭН-У12Х12Г2ФС-55, ЭН-60ХСМ-56 по ГОСТу 10051—62 марок ЦН-5, НЖ-2, ЭН-60М, РС-10, Ш-1 и др. для наплавки штампов |
Малые объемы можно наплавлять без подогрева и последующей термообработки. Для деталей с большей жесткостью при наплавке больших объемов требуется предварительный подогрев детали до 300—400 °C. Термообработка производится по техническим условиям на исправляемую деталь с учетом состава наплавленного металла |
|
Ацетилено - кислородная наплавка |
Сормайты № 1 и 2, стеллиты В2К, ВЗК; флюс-бура обезвоженная или смесь буры и борной кислоты |
||
|
Автоматическая и полуавтоматическая на плавка под флюсом |
Проволоки НП-105Х по ГОСТу 10543—63; порошковые проволоки соответствующего состава |
||
|
Ковочные и вырубные штампы горячей штамповки, валки ковочных машин, ножи для резки горячего металла |
Ручная дуговая на плавка |
Электроды типа ЭН-ЗОХЗВ8-4О, ЭН-35Г6-50, ЭН-35Х12ВЗФС-50 марок ЦШ-1, ЦН-1. НЖ-3, ЦН-7, ОЗИ-1, Х-53, КПИ-ЗХ2В8, ЦЧ-1М |
Предвар I (тел ьны й подогрев детали до 400—600 °C |
|
Ацетилено - кислородная наплавка |
Стеллиты ВЗК, В2К; флюс-бура обезвоженная |
Наплавка в нагретом состоянии, последующий нагрев до 650—680 °C для снятия напряжений |
|
Ковочные и вырубные штампы горячей штамповки для ковочных машин, ножи для резки горячего металла |
Автоматическая и полуавтоматическая на плавка под флюсом |
Проволока Св-08, керамические флюсы КС-8Х2В8, КС-ЗХ2В8, КС-Х12М и др. Проволоки НП-5ХНМ, НП-5ХНТ, НП-5ХНВ, НП-45Х4ВЗФ, НП-45Х2В8Т, НП-45Х4ВЗФ по ГОСТу 10543—63; плавленые и керамические флюсы |
Термообработка после наплавки гто технологическим условиям на исправляемую деталь, с учетом состава наплавленного металла |
|
То же порошковой проволокой |
Порошковые проволоки ПП-ЗХ2В8, ПП-У15Х17Н2, ПП-Х12ВФ и др. В ответственных случаях применяется дуговая наплавка в среде углекислого газа |
То же |
|
|
Прокатные валки раз личного назначения |
Ручная дуговая на плавка |
Электроды типа ЭН-20Г4-40, ЭН-25Х12-40, ЭН-60Х2СМ-50 и др. по ГОСТу 10051—62, марок ЦН-5, ЭН-60М, НЖ-2 для наплавки деталей с малым износом и местной выработкой |
Подогрев до 370—400 °C, а в случае необходимости — отпуск при 650—680 °C для снятия напряжений |
|
Автоматическая на плавка под флюсом |
Порошковая проволока ПП-ЗХ2В8; проволока ЭИ-701 и др. Флюсы ОСЦ-45, АН-348А по ГОСТу 9087—59 и др. Проволока НП-45Х4ВЗФ, НП-60ХЗВ10Ф по ГОСТу 10543—63 для массовых работ при значительном износе валков |
Подогрев до 370—400 °C- термообработка (в случае необходимости) по режимам, соответствующим составу наплавленного металла |
|
|
Примечание. Выбор способа сварки, марки присадочного материала, режим термообработки определяются маркой основного металла, условиями работы детали и объемом наплавляемого металла. |
|||
Таблица 3
Рекомендуемые способы восстановления деталей группы IIIн
|
Детали |
Способ восстановления |
Электроды» присадочный металл и флюсы |
|
Рабочие части землеройных машин: экскаваторов, землечерпалок, землесосов, земснарядов, роторных землечерпалок и др., Изготовленные из стали Г13 и других износостойких сталей |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа ЭН-У30Х25РС2Г-60, ЭН-У30Х23Р2С2ТГ-55 и др. по ГОСТу 10051—62, марок Т-620, Т-540, ЦН-5, ЦН-7, Х-53, ХР-19, ОЗИ-1 и др. |
|
Автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом |
Проволока НП-40ХЗГ2ВФ, НП-4Х13, НП-Г13А по ГОСТу 10543- 63. Флюсы плавленые и без- кислородные. Проволоки Св-08, Св-08А, Св-08Г и др. по ГОСТу 2246—60 и специальные керамические флюсы. Различные порошковые проволоки. Ленточные электроды и специальные флю сы |
|
|
Электрошлаковая наплавка |
Присадочный металл, дающий нужную твердость; порошковая и ленточная проволока; флюсы АН-20 и др. Проволоки по ГОСТу 10543—63 |
|
Загрузочные конуса доменных печен и Другое металлургическое оборудование, соприкасающееся с рудой в присутствии горячих газов |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа ЭН-У30Х23Р2С2ТГ-55 и др. по ГОСТу 10051—62, марок Т 620, ЦН-5, ХР-19 |
|
Электрошлаковая наплавка |
Порошковые и металлические проволоки; спе циальные флюсы |
|
|
Автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом |
Порошковые проволоки и специальные флюсы для наплавки твердых сплавов. Проволоки по ГОСТу 10543—63 |
|
|
Углеразмольное и дробильное оборудование из углеродистых и специальных марганцовистых сталей |
Ручная дуговая наплавка |
Электроды типа ЭН-80Х4СГ-55, ЭН-У101 5Х7С-25 и др. по ГОСТу 10051—62 марок Т-620, Т-540, ЦН-5, Х-53, ХР-19, 13КН/ЛИВТ и др. этого типа |
|
Электрошлаковая наплавка |
Порошковая проволока, дающая в наплавке металл Г13; флюс АН-25 и плавиковый шпат |
|
|
Автоматическая и полуавто матическая наплавка |
Наплавка плавящимся мундштуком. Порошко вая проволока ПП-У50Х25Г6Т. Наплавка в угле кислом газе, проволоки по ГОСТу 10543—63 |
В машиностроении этими способами восстанавливают рабочие поверхности деталей запорной и регулирующей арматуры гидравлических прессов, химического оборудования и т. п.
Для уплотнения газовых задвижек рекомендуется производить наплавку в них латунных колец, заменяющих кольца типа «ласточкин хвост». Способы наплавки даны в табл. 4.
II. Разрушение деталей в процессе эксплуатации с образованием изломов, отколов, трещин по причинам возникновения, можно разделить на следующие группы. •
Группа 1с. Разрушения в виде трещин, изломов, надрывов, отколов, возникающих вследствие нарушения нормальной эксплуатации оборудования. Такие аварийные разрушения происходят по многим причинам: попадание инородных тел в механизмы; превышение нормальных расчетных нагрузок и давлений; возникновение ударов в кривошипных механизмах; нарушения технологии при ковке, штамповке, прокате; падение деталей во время монтажа и т. д. Возможность разрушения деталей в этих случаях не может быть определена заранее. Часто, особенно при сложном и тяжелом оборудовании, в результате аварий детали разрушаются на несколько частей или в них образуются трещины, при которых дальнейшая эксплуатация оборудования становится невозможной. Такие поломки вызывают длительные простои оборудования, а в ряде случаев и нарушение процесса производства смежных участков и цехов, особенно, если это оборудование находится в составе технологической линии. Для изготовления новой крупной детали в большинстве случаев требуется значительное время на разработку чертежей, изготовление моделей и самого изделия.
Так, например, для изготовления новых цилиндров к мощным гидравлическим прессам взамен цилиндров, вышедших из строя вследствие образования трещин, требуется от 1 до 2 лет при достаточно напряженном графике работы. В этих условиях применение сварки для ремонта цилиндров дает большой экономический эффект, так как даже самые сложные ремонты, требующие значительных работ по демонтажу и монтажу оборудования, могут быть выполнены в значительно более короткий срок, чем изготовление новой детали. В ряде случаев сварочные ремонтные работы удается выполнить без демонтажа оборудования, и тогда продолжительность ремонта резко сокращается, а экономический эффект от применения сварки соответственно возрастает.
К технологии сварочных работ в таких случаях предъявляются следующие требования:
I. Получение сварного соединения, равнопрочного основному металлу. Для этого в большинстве случаев не требуется конструктивного изменения детали в месте сварки.
Таблица 4
Рекомендуемые способы наплавки деталей группы IVн
|
Детали |
Наплавка |
Электроды, присадочные материалы, флюсы |
Условия термообработки |
|
Арматура котлов и аппаратов с рабочей температурой до 540 °C |
Ручная дуговая |
Электроды типа ЭН-У20Х30Н6Г2-40 марки ЦН-3 |
Детали диаметром до 50 мм наплавляются без предварительного подогрева; детали большего диаметра подвергаются общему нагреву до 650— 800 °C и медленному охлаждению после наплавки вместе с печью |
|
Арматура котлов и аппаратов с рабочей температурой до 600 °C |
То же |
Электроды типа ЭН-08Х17Н7С5Г2-30 и ЭН-У18К62Х30В5С2-40 марок ЦН-2 и ЦН-6 |
Для электродов ЦН-2 рекомендуются те же режимы, что и для электродов ЦН-3. Наплавка электродами ЦН-6 может выполняться без подогрева, если последний не требуется для основного металла |
|
Арматура котлов и аппаратов с рабочей температурой до 650 °C |
> |
Электроды типа ЭН-08Х20Н11С9Г2-45 марки ЦН-8 |
Предварительный нагрев до 700 °C, наплавка при температуре не ниже 600 °C. Охлаждение с печью или в горячем песке |
|
Детали |
Наплавка |
Электроды, присадочные материалы, флюсы |
Условия термообработки |
|
Арматура котлов и аппаратов, работающих при различных давлениях и температурах |
Полуавтоматическая |
Порошковая проволока различных составов, дающая в наплавке слой, работоспособный в заданных условиях. Проволока по ГОСТу 10543—63. Флюсы плавленые и бескислородные |
Термообработка по техническим условиям для металла арматуры и наплавленного слоя |
|
Газовая ацетилено кислородная |
Стержни нз сплава ВК-3; флюс- бура или смесь буры с борной кислотой |
Подогрев горелкой до 450— 500 °C и последующее медленное охлаждение в песке или асбесте |
|
|
Различные детали и части машин, подвергаемые кавитационным разрушениям |
Ручная дуговая |
Электроды ЭА-1. ЭА-1Б. ЭА-2 и др. по ГОСТу 10052—62. В случае больших повреждений производится вварка вставок и накладок из стали Х18Н9Т |
Предварительного подогрева и термообработки не требуется |
|
Автоматическая под флюсом |
Ленточные электроды из стали Х18Н9Т или из стали других марок этого типа; флюс АН-20 |
|
1 Различные части запорной арматуры и дру- ие машиностроительные летали, требующие наплавки поверхностного слоя из мвди и медных сплавов |
То же |
Ленточные или проволочные электроды из меди или бронзы; флюс АН-20 |
Режим термообработки определяется химическим соста вом металла наплавляемой де тали |
|
Газовая автоматиче- с к а я |
Проволока Л62 или ЛК62-05 с применением газообразного флюса БМ-1 или БМ-2 |
Предварительный общий по догрев до 450—500 °C и последующее равномерное охлаждение |
|
|
Газовая ручная |
Проволоки Ml, МЗС, Л 62 или ЛК62-05. Газообразный флюс БМ-1 или БМ-2. Марка проволоки выбирается в соответствии с требованиями к металлу наплавляемого слоя |
Термообработка в зависимости от химического состава основного металла. В большинстве случаев подогрева деталей не требуется |
2. Определение возможности и условий выполнения сварочных работ без демонтажа или с частичным демонтажем изделия.
3. Выбор способа подготовки изделия к сварке, при котором количество наплавленного металла будет минимальным.
4. Создание условий, обеспечивающих полное отсутствие короблений детали при сварке или возникновение их в пределах, допустимых для данной детали.
5. Минимальная последующая механическая обработка детали после сварки или полное отсутствие таковой.
Более подробно эти вопросы рассматриваются в гл. II и III.
Группа 11с. Разрушение деталей от длительного воздействия знакопеременных или цикличных нагрузок (разрушения вследствие усталости металла). Вероятность этих разрушений резко возрастает при высоком уровне напряжений в изделии, наличии в нем конструктивных недостатков или дефектов в металле.
В процессе эксплуатации оборудования, работающего при знакопеременных или цикличных нагрузках, в наиболее нагруженных участках концентрируются напряжения, которые иногда могут достигать предела текучести. Эти напряжения после значительного количества циклов могут вызвать разрушения металла в данном месте, сначала в виде незначительного надрыва. •С увеличением продолжительности работы и числа циклов нагрузки размеры трещины постепенно увеличиваются. В таком состоянии деталь может работать до тех пор, пока величина напряжений в оставшемся сечении не достигнет предела прочности. В этом случае наступает хрупкое разрушение металла и деталь выходит из строя. Усталостные разрушения имеют характерный излом, на котором можно отчетливо проследить постепенное разрушение металла в данном сечении. Обычно излом имеет волнообразную форму с плавными переходами у отдельных волн; поверхность волн сглажена, отдельные выступы при взаимном трении смяты и зернистый характер металла в изломе уничтожен. При сухом трении поверхность излома покрыта красноватым на-.летом ржавчины, а при наличии смазки — забита и замаслена. Участок же хрупкого разрушения четко выделяется своим зернистым строением и свежим металлическим изломом. Характерный усталостный излом вала показан на рис. 1.
Возникновение усталостных разрушений зависит от величины расчетных напряжений, принятых при проектировании, наличия внутренних или поверхностных дефектов металла и обработки, а также от конструктивных недостатков — наличия резких переходов от более массивного сечения к менее массивному, отсутствия закруглений в угловых переходах.
Назначая технологию восстановительных работ, необходимо предусмотреть мероприятия, обеспечивающие снятие полученных металлом усталостных напряжений. Наиболее рациональным способом для этого является общий высокотемпературный отпуск стальных изделий при 650 °C. Такая термообработка полностью ?снимает все напряжения (как сварочные, так и полученные деталью в процессе эксплуатации) и обеспечивает возможность длительной нормальной работы детали после проведенного ремонта. Технология восстановления таких деталей более подробно рассматривается в гл. II.
Рекомендуемые способы сварки для деталей групп 1с и Пс даны в табл. 5.
Группа III с. Разрушение деталей вследствие дефектов конструкции или дефектов, возникших при изготовлении и обработке. К таким дефектам следует отнести: смещение стенок в чугунных и стальных литых деталях; резкие переходы сечений от большой толщины стенки к малой; отсутствие нужных радиусов закруглений в галтелях коленчатых и других валов; наличие отверстий на участках, где действуют значительные растягивающие усилия; внутренние раковины, шлаковые включения и несплавле-ния металла в литье; подрезы резцом при механической обработке или в швах сварных соединений в напряженных участках; наличие других местных концентраторов напряжений, расположенных в наиболее нагруженных частях детали.
Детали с указанными дефектами могут длительное время находиться в эксплуатации и работать с полной нагрузкой. В то же время следует помнить, чго в дефектном месте величина напряжений может существенно возрасти и тогда незначительная пере-трузка или вибрации вызовут разрушение перегруженного
Таблица 5
Рекомендуемые способы восстановления деталей групп Iс и IIс
|
Характеристика деталей ’ |
Способу восстановления |
Электроды, присадочные металлы и флюсы |
Условия термообработки |
|
Детали из углеродистых сталей толщиной до 3 мм, изготовленные горячей и холодной штамповкой и сваркой из листового и профильного проката |
Ацетилено - кислородная сварка |
Проволоки Св-08, Св-08А. Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-08ГС, Св-12ГС по ГОСТу 2246—60 |
Не требуется |
|
Дуговая сварка в углекислом газе |
Проволоки Св-08ГС, Св-12ГС и др. по ГОСТу 2246—60. Углекислый газ, технический |
||
|
Ручная дуговая сварка |
Электроды типов Э34, Э42, Э42А, Э46, Э46А и др. по ГОСТу 9467—60 марок АН-1, ОМА-2, ВИАМ-25 и др. |
||
|
Детали из углеродистых сталей толщиной более 3 мм, изготовленные ковкой, горячей штамповкой, сваркой и литьем |
Ручная дуговая сварка |
Электроды типов Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э-55 по ГОСТу 9467—60 с рудным или рутиловым покрытием для деталей, работающих при статических нагрузках, и с фто- ристо-кальниеьым покрытием для деталей, работающих при динамических нагрузках. Рекомендуются электроды ОЗС-З, ОЗС-4, МР-3. УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ- 13/65, АНО-1 и др. |
Для деталей из малоуглеродистых сталей (до Ст. 4) термообработки не требуется. Стали, содержащие 0,23% С и выше, подогреваются до 300 СС. Для толстостенных деталей желателен высокотемпературный отпуск при 650 °C |
|
Литые детали из углеродистых сталей толщиной 50 мм и более |
Ручная дуговая сварка |
Электроды типов Э42А, Э46А, Э50А, Э55 по ГОСТу 9467—60 с фто- ристо-кальциевым покрытием марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65 и др. |
Подогрев до 300—400 °C и отпуск при 650 °C |
|
Литые детали из углеродистых сталей толщиной 50 м и более |
Электр ошлакован сварка |
Проволоки Св-08, Св-08А, Св-08Г по ГОСТу 2246—60 и др. в зависимости от состава основного металла; флюсы АН-8, АН-22, ФЦ-7 |
После сварки желателен отпуск при 650 °C |
|
Чугунные детали, предварительный подогрев которых не вызывает изменения размеров |
Ацетилено - кислородная или пропано-кислородная сварка |
Чугунные присадочные прутки по ГОСТу 2671—44 марок А и Б. Флюсы-бура; флюсы ВНИИавтоген- маша ФНЧ-1, ФНЧ-2, газообразный флюс БМ-2 |
Общий или местный подогрев до 350—500 °C. Охлаждение после сварки естественное, не на сквозняке |
|
Чугунные детали, предварительный подогрев которых нежелателен из-за возможного изменения размеров |
Газовая сварка. Низкотемпературная сварка— пайка |
Присадочные прутки НЧ-1, НЧ-2 с флюсами ФНЧ-1, ФНЧ-2; проволока ЛОК-59-1-03 с активным флюсом ВНИИавтогенмаша. Цинковый пруток марки «Ц> с хлористым флюсом ВНИИавтогенмаша |
Не требуется |
|
Ручная дуговая свар ка |
Электроды ЦЧ-4, медпо-железные ОЗЧ-1, медно-никелевые МНЧ-1, железо-никелевые ЦЧ-ЗА и др. |
То же |
|
|
Дуговая полуавтома- хическая сварка |
Порошковая проволока ППЧ-1, ППЧ-2 и др. |
» |
|
Характеристика деталей |
Способ восстановления |
Электроды, присадочные металлы и флюсы |
Условия термообработки |
||||||||||||
|
Медные, латунные и бронзовые детали |
Ацетилено - кислородная сварка. Сварка изделий больших габаритных размеров производится двумя горелками | |
Проволока по составу, близкая к свариваемому металлу. Флюс-бура или смесь буры с борной кислотой; газообразные флюсы БМ-1, БМ-2 |
В ряде случаев требуется предварительный или местный подогрев до 200—300 ГС |
||||||||||||
|
Медные, латунные и бронзовые детали |
Ручная дуговая сварка |
Для сварки медных деталей применяются электроды «Комсомо лец-100» и ЗТ, а для сварки латуней и бронз — электроды со стержнем, близким по составу к основному металлу, со специальным покрытием |
Для массивных деталей требуется местный подогрев газовой горелкой или индуктором |
||||||||||||
|
Дуговая сварка в среде аргона или гелия не- плавящимся (вольфрамовым) электродом |
Присадочный металл выбирается в зависимости от состава основного металла. Вольфрамовые прутки марок ВЛ-10 или ВТ-15 |
Для изделий малого веса подогрева не требуется. Массивные детали подогреваются до 300—400 °C |
|||||||||||||
|
Дуговая сварка в среде аргона, гелия или азота
плавящимся электродом |
Присадочная проволока КМЦ-3-1 |
Массивные детали подогреваются ДО 300—400 °C |
участка, вследствие чего деталь выйдет из строя. На рис. 2 показана схема расположения внутреннего дефекта в виде крупной раковины в верхней крышке паровой турбины фирмы Бро-ун-Бовери. Дефект в виде свища появился после 16 лет эксплуатации, хотя толщина стенок в дефектном месте составляла только 8—10 мм вместо 100 мм в целом месте.
Технология сварки деталей этой группы должна предусматривать: полную заварку обнаруженных дефектов; возможность усиления конструкции ремонтируемого узла путем приварки усиливающих элементов; исправление конструктивного недостатка путем наплавки и изменения кон-струкции узла. Повышение надежности сварного соединения может обеспечиваться также применением присадочного металла, обладающего большей прочностью и вязкостью, чем основной металл.
Г руппа IVc. Разрушения, происходящие при длительном воздействии теплоты, передаваемой металлу через газы, жидкости и пары. Такие разрушения встречаются:
а) в энергетических тепловых
установках, паропроводах, пароперегревателях, барабанах котлов и в другом оборудовании паросилового хозяйства;
б) в нефтеперегонной и химической аппаратуре;
в) в двигателях внутреннего сгорания.
Тепловое разрушение металлов в большинстве случаев вызывается изменением их механических и физических свойств и связано с явлением окисления основных элементов сплава. Свариваемость таких сплавов резко ухудшается. Ремонтировать изделия с тепловыми разрушениями очень сложно. В ряде случаев приходится удалять значительные объемы пораженного металла и даже целые узлы агрегатов, заменяя их новыми. Такой ремонт требует тщательно разработанной технологии. Для деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, а также из чугуна, приходится для улучшения структуры и снятия напряжений в большинстве случаев применять сварку с предварительным подогревом изделия и последующую термическую обработку.
Группа Vс. Коррозионные (химические), кавитационные и эрозионные разрушения.
Коррозионные разрушения наблюдаются в различных аппаратах для химических, нефтеперерабатывающих, лакокрасоч-них и других процессов, где происходит соприкосновение металла с агрессивной средой. Интенсивность коррозии резко возрастает при высоких температурах и давлениях.
Коррозионые разрушения в химической аппаратуре могут быть общими, когда наблюдается растворение поверхностных участков металла в рабочей среде, или местными (межкристаллическими), когда разрушение происходит между отдельными кристаллами. Изделия, изготовленные из аустенитной нержавеющей стали, не стабилизированной специальными присадками (титаном, ниобием), особенно подвержены таким разрушениям. В этом случае в участках, где структурные изменения вызвали выпадение карбидов хрома, происходит интенсивная местная так называемая «ножевая» коррозия, и изделие в месте сварного соединения разрушается. Ремонт таких изделий выполняется или наплавкой специальными электродами, стабилизированными от выпадения карбидов хрома при сварке, или вваркой вставок вместо удаленной части основного металла.
В паросиловом энергетическом оборудовании (барабаны котлов, грязевики, пароперегреватели и т. д.) встречаются разрушения в виде отдельных «разъедин» и свищей. Исправление их производится путем заварки дефектных мест электродами, обеспечивающими состав наплавленного металла, близкий к основному.
Наиболее опасны для этих установок явления так называемой каустической хрупкости, которые проявляются в виде местных трещин в зоне заклепочных соединений и в зоне трубных решеток.
Следует отметить, что в Советском Союзе различными организациями и предприятиями проделана значительная работа по замене клепаных соединений в барабанах котлов действующих котельных установок на сварные. Работа была организована так, что всю сварку выполняли без демонтажа котлов, не затрагивая их трубной системы и без нарушения целостности обмуровки котла. Тщательно разработанная технология и высокая квалификация сварщиков позволили провести работы на большом количестве парокотельных установок низкого (12—15 кГ1см?) и среднего (50- -60 кГ/см2) давления пара. Эти мероприятия, осуществленные в широких масштабах, существенно повысили безопасность работы котельных установок промышленных предприятий.
Кавитационные разрушения деталей камер и рабочих колес гидротурбин и насосов вызываются действием струй жидкости, протекающей с критической скоростью. Этот вид разрушения характеризуется образованием в месте повреждения губчатого металла. В некоторых случаях глубина пораженного слоя может достигать нескольких десятков миллиметров. Детали с разрушениями подобного типа восстанавливаются наплавкой сплавами,
Таблица 6
Рекомендуемые способы восстановления изделий группы Vc
|
Восстанавливаемый агрегатам 2рактер разрушения * |
Способ восстановления |
Рекомендуемые электроды и присадочные материалы |
|
Котельные установки для различных давлении и температур пара. Трещины в результате «каустической хрупкости» |
Удаление поврежденного участка и вварка новой вставки, изготовленной из материала, близкого по составу с основным металлом. Ручная дуговая наплавка |
Электроды типов Э42А, Э46А, Э50А по ГОСТу 9467—60 марок УОНИ-13/4-5, УОНИ-13/55 и др. в зависимости от состава основного металла. Режимы сварки обычные в зависимости от толщины свариваемого металла |
|
Барабаны, сухопарники и грязевики паровых котлов, автоклавы, изготовленные из углеродистых сталей. Местные разрушения в виде свищей и раковин |
Ручная дуговая наплавка Автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом |
Электроды Э12, Э42А, Э46 по ГОСТу 9467—60 диаметром 3, 4 и 5 мм. Рекомендуются марки ОЗС-4, УОНИ-13/4-5, МР-3, УОНИ-13/55, АНО-1 и др. Проволока НП2Х14 и др. по ГОСТу 10543—63. Режимы тока минимальные для выбранного диаметра электрода и проволоки. Перед наплавкой необходима тщательная механическая зачистка поверхности металла, после наплавки — тщательная очистка от шлака |
|
Различная арматура, работаю щая при высоких температурах и давлениях, изготовленная из перлитных теплоустойчивых сталей типа ХМФ- Эрозионные и кавитационные местные разрушения |
Ручная дугорая наплавка |
Электроды типов Э-М, Э-МХ, Э-ХМ, Э-ХМФ, Э-ХМФБ и др. по ГОСТу 9467—60. Марка электрода выбирается в зависимости от состава основного металла. Рекомендуются следующие марки электродов: ЦЛ-14, ЦЛ-20, ЦЛ-26, ЦЛ-27 и др, |
|
Различная арматура, работающая при высоких температурах и давлениях, изготовленная из аустенитных сталей. Эрозионные и кавитационные местные разрушения |
То же |
Электроды по ГОСТу 10052—62. Марка электрода выбирается в зависимости от состава основного Металла и требований к износостойко сти наплавляемого слоя |
|
Различная аппаратура из нержавеющих сталей. Местная коррозия швов и переходных зон |
> |
Электроды по ГОСТу 10052—62. Марка электрода выбирается в зависимости от состава основного металла. Перед наплавкой необходима тщательная зачистка металла. Режимы сварки должны обеспечить минимальный нагрев основного металла |
|
Различная аппаратура из нержавеющих сталей. Сплошная коррозия сварного соединения или основного металла |
Ручная дуговая сварка |
Удаление поврежденного места и вварка заплаты. Электроды те же, что и для наплавки |
|
Рабочие колеса и камеры гидравлических турбин и насосов. Кавитационные разрушения |
Автоматическая сварка под флюсом |
Наплавка или облицовка поврежденных участков нержавеющей сталью. Сплошная наплавка ленточным или проволочным нержавеющим электродом типа Х18Н9 и др., под флюсом АН-20 |
|
Химическая и нефтеперегонная аппаратура, работающая в условиях высокой температуры и активной коррозионной среды Различные повреждения основного металла и сварных соединений в виде очаговой коррозии, свищей • и раковин |
Ручная дуговая сварка |
Электроды по ГОСТам 9467—60 и 10052—62. марка электрода выбирается в зависимости от марки свариваемого металла. Наплавка поврежденного участка производится после зачистки основного металла. В некоторых случаях поврежденный участок удаляется и вваривается вставка из нового металла. Режимы сварки — по техническим условиям на электроды соответствующего типа |
дающими устойчивый нержавеющий слой, или вваркой заплаты из нового металла.
Эрозионные разрушения наблюдаются в арматуре тепловых энергетических установок и химических агрегатов, работающих при высоких давлениях и высоких температурах. Запорная и регулирующая арматура должна иметь уплотнительные поверхности, хорошо сопротивляющиеся эрозионным разрушениям.
В ряде случаев коррозионные (химические) повреждения сочетаются с тепловыми. Некоторые способы исправления типовых повреждений деталей этой группы приведены в табл. 6.
Группа Vic. Разрушения деталей, изготовленных из материалов, не соответствующих техническим условиям, в частности материалов с повышенным содержанием вредных примесей, например, литые углеродистые стали с повышенным содержанием фосфора и серы, кипящие стали, содержащие большое количество газов, специальные сплавы, содержащие повышенное количество вредных примесей или газов (водорода, кислорода, азота).
Сплавы с повышенным содержанием вредных примесей (например, для стали — серы, фосфора, водорода, азота и кислорода), а также других примесей, случайных для сплава данной марки, плохо свариваются. В большинстве случаев для сварки таких сталей требуются специальные условия и тщательная разработка технологического процесса. Особенно трудно ремонтировать детали, изготовленные из кипящих сталей, если их приходится сваривать при температурах ниже 0°С. Например, стальные литые опорные бандажи (диаметр 3,6—4,8 м, сечение 800X250 мм) импортных цементных вращающихся печей в ряде случаев имели повышенное (до 0,08%) содержание фосфора. Аварийные разрывы таких бандажей удавалось заваривать только с местным подогревом стыка до 350—400сС, выполнением сварки за один тепловой цикл, применением высококачественных электродов и проведением местной термообработки при 650° С для снятия внутренних напряжений после сварки.
Такая технология сварки при высокой квалификации сварщиков обеспечивала длительную работу бандажа при сложных динамических нагрузках.
Прежде чем назначать технологию сварочно-восстановительных работ, необходимо тщательно проанализировать причину выхода детали из строя; при этом нужно учитывать, что в ряде случаев может иметь место сочетание нескольких причин. Так, например, при ударе, вызвавшем разрушение детали, в изломе был обнаружен существенный литейный дефект. В этом случае, если дефект полностью исправить наплавкой, заваренный участок будет более работоспособен, чем до разрушения.