РЕМОНТ ОБОРУДОВАНИЯ СВАРКОЙ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ХОЛОДНОЙ СВАРКОЙ СТАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ТЯЖЕЛЫХ И СЛОЖНЫХ ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Наплавка стальным электродом валика на чугунную деталь дает в первом слое чугун с пониженным содержанием углерода, не превышающим 1,5—1,8%. Такие сплавы имеют большую хрупкость и легко образуют твердые закаленные зоны. Во втором слое наплавки содержание углерода уменьшается до 0,5—0,6%, и только в третьем слое оно приближается к содер­жанию его в металле электрода (0,1%). Технологические приемы сварки чугуна стальными электродами, к которым от­носятся: сварка первых слоев на режимах с малой погонной энергией; применение электродов малого диаметра (не более

3— 4 мм); уменьшение тока до 30—35 о на 1 мм диаметра электрода; обеспечение минимально возможной глубины про­плавлення (0,5—2,0 мм) основного металла; двухслойная на­плавка, при которой после наложения первого валика длиной 50—60 мм сварщик сразу же наплавляет на этот валик второй слой, позволяют частично улучшить структуру сварного соеди­нения и несколько увеличить пластичность металла в первых слоях наплавки.

Опыт показывает, что электроды из малоуглеродистой про­волоки с тонкими стабилизирующими покрытиями дают в ряде случаев результаты, вполне достаточные для практических це­лей. Такими электродами можно заваривать короткие трещины на чугунных изделиях с малой толщиной стенки, которые не подлежат дальнейшей обработке, а также несквозные раковины, возникшие при интенсивном охлаждении основного металла. Из электродов с качественными покрытиями, предназначенных для сварки мало - и среднеуглеродистых сталей, лучшие резуль­таты при сварке чугуна дают электроды с покрытием основного типа, составленного на основе мрамора и плавикового шпата, например, электроды УОНИ-13/55. При сварке этими электрода­ми количество трещин в первом слое получается минимальным, а во втором и последующих слоях они полностью отсутствуют.

Наплавленный металл обладает некоторой вязкостью, а во вто­ром и третьем слоях — обрабатываемостью. Сварка ведется по­стоянным током при обратной полярности, глубина расплавле­ния основного металла должна быть минимальной; при этих условиях металл шва имеет мелкозернистую структуру и в него переходит небольшое количество углерода из основного ме­талла.

Указанные электроды следует применять при выполнении ответственных сварочных работ на изделиях, несущих сложную и большую нагрузку. Электроды ОММ-5, ЦМ-7 и другие этого типа для сварки чугуна не рекомендуются, так как холодная сварка чугуна стальными электродами, как правило, не позво­ляет получать сварное соединение без твердых закаленных структур. Переходные зоны при этом являются наиболее сла­бым местом сварного соединения.

Ремонт тяжелых и сложных деталей дуговой сваркой сталь­ными электродами дает весьма надежные результаты при выполнении следующих мероприятий:

а) сочетании сварки с усилением связи наплавленного и н основного металла путем установки шпилек, ввернутых ні резьбе в основной металл;

б) распределении сварного соединения на значительную площадь по 100—120 мм в каждую сторону от разделки шва;

в) отказе от полного провара всего сечения трещины; обычно глубина разделки составляет 0,3—0,5 толщины стенки в месте излома;

г) усилении сварного соединения путем вваркн поперек шва стальных усиливающих связей;

д) выполнении сварки высококвалифицированными сварщи­ками, имеющими опыт сварки чугуна стальными электродами

Различные способы подготовки кромок и виды сварного соединения даны в табл. 11. Такие сварные соединения обла­дают следующими особенностями, обеспечивающими их работо­способность: значительно меньшая жесткость соединения по сравнению с целым сечением; распределение передаваемого усилия на' большую площадь сварного соединения; усиление (армирование) сечения вваркой стальных связей, дающее воз можность ему воспринимать значительные знакопеременные нагрузки.

В ряде случаев эти связи так улучшают сварное соединение, что его работоспособность становится значительно выше, чем работоспособность данного узла до сварки.

Сварка стальными электродами может выполняться в вер тикальном и потолочном положениях, не требует демонтажа оборудования и широко применяется при ремонте станин дизелей, двигателей, прокатных станов, кузнечных молотов и другого тяжелого оборудования.

Способы подготовки кромок, установки шпипек и усиления сварного соединения стальными связями

Характер ремонта и вид сварного соединения

Заварга трещин на необра­батываемых и несопрягаемых поверхностях

Заварка трещин на не­обрабатываемых поверхне - 25—100 стях

Заварка трещин на обра­батываемых и сопрягаемых поверхностях

Приварка чугуна к сталь­ным вставкам

Стыковое соединение, уси­ленное связями

Восстановление цилиндров аммиачных компрессоров, у ко­торых при эксплуатации разрушались перемычки между кла­панными гнездами. Трещины возникали со стороны нагнетатель­ных и всасывающих клапанов. Однотипность разрушения, наблюдавшаяся на большом количестве цилиндров, показывала, что в данном случае имеется конструктивный недостаток, что не обеспечивает дчительную нормальную работу компрессоров. Появление трещин объяснялось значительной жесткостью узла при малом его сечении, наличием знакопеременной нагрузки, передаваемой через сечение перемычки от поршневой группы машины, и неравномерным температурным режимом работы цилиндра (охлаждение перемычек до минус 15—40° и нагрев до плюс 100—120°С).

При заварке трещин необходимо было получить сварное соединение более прочное, чем целая перемычка, которое могло бы надежно работать при знакопеременной нагрузке и с боль­шими температурными перепадами. Так как в процессе сварки нельзя было нарушать шлифованные рабочие поверхности цилиндра, то трещину разделывали со стороны клапанного гнезда на глубину 25—28 мм. Оставшуюся часть лопнувшей перемычки толщиной 15—20 мм со шлифованной поверхностью не разрубали и в дальнейшем не заваривали. Разделку кромок производили под углом 95—100°.

Лопнувшее чугунное ребро срубали полностью по всей длине. Вокруг двух клапанных гнезд, примыкающих к лопнув­шей перемычке, обрубали литейную корку на глубину 2—3 мм и ширину 20—25 мм. По очищенному кольцу сверлили отвер­стия диаметром 8—9 мм, нарезали резьбу и ставили шпильки на глубину 10—12 мм. Такие же шпильки устанавливали в раз­делке на место срубленного чугунного ребра. В клапанные гнезда вставляли втулки из стали 20 или 30 с толщиной стенки 4—5 мм. Поверхность разделки трещины и место срубленного ребра сначала наплавляли электродами УОНИ-13/55 диамет­ром 4 мм при токе 140—160 а и давали наплавленному слою охладиться. Заварку разделки производили в один прием много­слойными швами так, чтобы в сварное соединение включались и участки со вставленными стальными втулками. Сразу же после заполнения разделки до остывания наплавленного металла приваривали круглый стальной стержень диаметром 18—20 мм так, чтобы он по всему сечению составлял одно целое с наплав­ленным металлом. При заварке стержень расклепывали легкими частыми ударами молотка После полного остывания привари­вали стальные втулки к телу цилиндра по окружности в два шва. Первый шов наплавляли по чугуну с заваркой шпилек. Вторым швом соединяли наплавленное кольцо с поставленными стальными втулками.

При описанном способе ремонта чугунное литье в пере­мычке заменяется стальной наплавкой, а чугунное усиливающее ребро —• стальным, что увеличивает прочность узла примерно на 50%. Такая конструкция лучше работает при переменных температурных условиях и резко попышает динамическую устойчивость данного узла. Применением качественных элек­тродов, а также установкой стального ребра и стальных втулок

полностью устранили конструктивный недостаток важного узла цилиндров и обеспечили надежную работу его в сложных усло­виях нагрузки. После сварки механическая обработка цилиндра не требовалась. По этой технологии было восстановлено более 120 аммиачных установок. Схема заварки дана на рис. 77.

Восстановление станин стационарных дизелей и компрессо­ров. Разрушение станин чаще всего происходит при аварийном обрыве шатунов, шатунных болтов, цилиндровых пальцев и других деталей шатунно-кривошипного механизма. Оторванная деталь обычно ударяет по стенке станины или картера, в резуль­тате чего возникают трещины, а иногда и изломы или выби­ваются большие куски, которые разбиваются на осколки. Такие повреждения целесообразнее всего восстанавливать дуговой сваркой стальными электродами УОНИ-13/55 в комбинации с медно-железными ОЗЧ-1 или железо-ннкелевыми электродами ЦЧ-ЗА или специальными электродами ЦЧ-4 для сварки чугуна, разработанными ЦНИИТМАШем. Стальными электродами УОНИ-13/55 заваривают те участки шва, где не требуется механическая обработка. При наличии электродов ЦЧ-4 целе­сообразно первые швы по чугуну выполнить этими электродами. Электродами 034-1 и ЦЧ-ЗА запариваются те участки, которые требуют последующей механической обработки. В том случае, если выбиты большие куски металла и они разбиты на не­сколько частей, целесообразно в эти места вварить вставки из сталей С*. 2 или Ст. 3. В этом случае соединительные шпильки ввертываются только в чугун. Стальные вставки значительно упрощают выполнение сварочных работ и более надежны в по­следующей эксплуатации.

Восстановление блока дизеля «Вортингтон» мощностью 1300 л. с. В процессе эксплуатации дизеля произошел обрыв шатуна, при ударе которого были сделаны две большие про­боины в правой и левой боковых стенках блока; были разру­шены также два посадочных кольца для установки цилиндровых гильз и образовалась трещина в раме дизеля. Подготовительные работы по восстановлению состояли в следующем. По пери­метру пробоин в блоке была произведена механическая обра­ботка выступов для придания отверстиям овальной формы. По форме отверстий изготовили шаблоны, по которым из листовой стали Ст. 3 сделали вставки, точно входившие в эти отверстия. Затем зачистили места сварки, просверлили отверстия и на­резали в них резьбы под шпильки диаметром 8—10 мм. Всего было поставлено около 700 шпилек. На место разбитых опорных колец изготовили стальные кольца. Все трещины в станине блока и раме разделали под сварку, а места, подлежащие последующей механической обработке, подготовили под сварку медно-железными электродами.

Сварку вели в следующей последовательности: на снятом блоке заварили все трещины рамы дизеля электродами УОНИ-13/55 диаметром 4 мм, током 150—160 а. Швы укрепили вваркой поперечных стальных связей. Затем на заваренную раму устанавливали блок и жестко его закрепляли. В блоке в первую очередь заварили все мелкие трещины и приварили посадочные кольца по всей окружности, что обеспечило необ­ходимую жесткость блока, которая была сильно ослаблена в результате аварии. После приварки колец была произведена проверка, которая показала, что основные размеры блока со­хранены и механической обработки не требуется. Далее были установлены стальные вставки в стенки блока. Заварку вставок производили попеременно — с правой и левой сторон, чтобы
снизить возможные деформации. Места сварки усилили попе­речными стальными связями. Общий вид дизеля с вваренной заплатой показан на рис. 78. После вварки заплат были зава­рены электродами ОЗЧ-1 участки, подлежащие последующей механической обработке. Сварка выполнялась от генератора постоянного тока на обратной полярности; всего на сварку было затрачено около 250 кг электродов УОНИ-13/55 и 25 кг электродов ОЗЧ-1. Все работы по демонтажу, сварке и мон­тажу дизеля выполнены за 50 дней. На сварку, выполнявшуюся двумя сварщи­ками, было затрачено 86 человеко-дней. Восстановленный дизель работает с полной нагрузкой с 1958 г.

По описанной технологии были вос-

становлены несколько десятков крупных стационарных днзе - лей, работающих на электростанциях в местностях, удаленных от общих электрических сетей.

На рис. 79 показана рама дизеля «МАН» мощностью 2200 л. с., разрушенная в результате обрыва шатунного болта. Образовавшиеся пробоины были восстановлены путем вварки стальных заплат, изготовленных ковкой. Сварные швы были усилены вваркой стальных связей.

Восстановление рамы дизеля «Мфлиз» мощностью 1080 л. с., 375 об/мин, установленного на плавучей электростанции. Раз­рушение узла подшипниковой опоры 7-й коренной шейки произошло в результате аварийной работы дизеля «вразнос». Такое разрушение относится к редко встречающимся случаям аварии. В результате возникших осевых перегрузок был раз­рушен прилив подшипника, где крепится шпилька, закрепляю­щая верхнюю крышку подшипника. Кусок чугуна был выломан вместе со шпилькой из тела рамы. Демонтировать дизель для

заварки этого разрушения методом горячей сварки в условия* плавучей электростанции не представлялось возможным. Един­ственно возможным в данном случае являлся способ холодной дуговой сварки стальными электродами с установкой шпилек и вваркой усиливающих связей. Общий вид подготовленной под сварку подшипниковой опоры дан на рис. 80. Часть тела чугун­ной детали была снята для возможности вваркн усиливающих

стальных связей, в качестве которых были использованы стержни из нержавеющей стали Х18Н9 диаметром 8 и 10 мм с пределом прочности при разрыве 65 кГ/мм2. Это обеспечило нужную работоспособность заваренного узла.

Выполнение сварочных работ сильно осложнялось не­удобным расположением места излома п необходимостью производить сварку на вертикальной плоскости. Часть швор выполнялась горизонтально на вертикальной плоскости, • что для чугуна является трудновыполнимой задачей. Заварка первых слоев шва по чугуну выполнялась электродами ІДЧ-4 диаметром 3 и 4 мм током соответственно 90 и 120 а. После­дующие швы и вварка связей из стали Х18Н9 производились электродами УОНИ-13/55. Восстановленный дизель нормально работает с 1960 г.

Восстановление блока стационарного дизеля мощностью 800 л. с. В результате обрыва шатунного болта передняя часть блока была разбита на куски. Остальная часть двигателя оста­лась совершенно целой. Восстановление дуговой сваркой было

проведено на месте без демонтажа двигателя. Порядок выпол­нения сварочных работ был следующий. Все выбитые куски металла установили на месте и пронумеровали. Затем отдель­ные куски вынимали и кромки их механически обрабатывали. В местах сварки устанавливали стальные шпилькн на резьбе. После подготовки все выбитые части собирали на прихватках

и производили проверку основных размеров сопрягаемых от­верстий, причем отмеченные несовпадения выравнивались и куски прихватывались вторично. Сварка выполнялась отдель­ными участками так, чтобы жесткость блока двигателя возра­стала по мере увеличения объема сваренных швов. Большая часть швов выполнялась на вертикальной плоскости, часть швов была расположена горизонтально на вертикальной плоскости. Передняя часть полностью заваренного блока с вваренными усиливающими стальными связями показана на рис. 81.

Восстановление станин и цилиндров механических и воздуш­ных молотов и другого оборудования. Чугунные станины пнев­матических, фрикционных и эксцентриковых молотов часто выходят из строя вследствие появления в них трещин. Заварку таких разрушений можно в большинстве случаев производить на месте, без демонтажа станины и снятия ее с фундамента. Наиболее целесообразно такие работы выполнять холодной ду­говой сваркой с установкой шпилек и вваркой усиливающих планок.

Следует учитывать, что эти станины работают в условиях сложной знакопеременной ударной нагрузки. I Цилиндры пнев­матических молотов, кроме того, должны быть герметичными и выдерживать воздушное давление 6—12 кГ/см2. Сварное соеди­нение должно обладать прочностью и плотностью. Как пока­зывает практика, работоспособность заваренного узла резко повышается, если сварное соединение будет менее жестким, чем весь ремонтируемый узел. Желательно также, чтобы сварное соединение обладало некоторым запасом пластичности. Эти условия обеспечиваются при дуговой сварке стальными элек­тродами с установкой шпилек в 3—4 ряда на каждой стороне разделки и вварке стальных связей поперек шва.

В процессе эксплуатации пневматического молота в его цилиндре возникла сквозная трещина, направленная под углом 30° к образующей цилиндра и выходящая на оба фланца. Длина трещины 1400 мм, толщина стенки в изломе 30 мм. Чугун ма­шиностроительный, крупнозернистый, с крупными пластинча­тыми включениями графита. Такой чугун плохо сваривается и имеет низкую механическую прочность. Разделку трещины под углом 45° производили снаружи на 2/з толщины стенки. Оставшуюся 7з толщины стенки не заваривали. Поверхность чугуна на 120 мм в обе стороны от разделки очищали от литейной корки. На этой поверхности были просверлены отвер­стия, нарезана резьба и поставлены шпильки диаметром 8 мм: глубина сверления 16 мм: шпильки выступали над поверхностью на 3—4 мм. В каждую сторону от разделки шпильки ставили в три ряда, а в стенку разделки — в один ряд. Расстояние между рядами •— 25 мм. между центрами шпилек — 35 , мм. Подготовленный к сварке цилиндр с установленными на нем шпильками показан на рис. 82.

Заварка трещины выполнялась электродами УОНИ-13/55 по следующей технологии: всю поверхность с поставленными

шпильками подвергали наплавке в два слоя общей толщиной

6— 8 мм; диаметр электрода 4 мм, сварочный ток 120—130 а; соединение наплавленных поверхностей производили от сере­дины цилиндра к его фланцам обратноступенчатым швом с размером ступени 40 мм. Разделку заполняли в 6—8 про­ходов с легкой послойной проковкой шва. После заполнения сечения шва на участке длиной 40 мм его закрепляли стальной поперечной связью диаметром 10 мм, которую приваривали с двух сторон так, чтобы составить одно целое с наплавкой. В процессе приварки связь подвергали легкой и частой про­ковке. После приварки связи, цилиндру давали остыть до тем­пературы шва 50—60°С. Затем заваривали следующий участок шва длиной 40 мм. Так, попеременно отдельными участками была заварена трещина по всей длине.

Для усиления фланцев к ним были приварены по две стальные связи диаметром 20 мм и длиной около 400 мм каж­дая. Посадочные места цилиндра, подлежащие механической обработке, заваривали медно-железными электродами ОЗЧ-1. Заваренный по этой технологии шов по прочности равноценен целому участку цилиндра, а по пластичности металл шва пре­восходит чугун и способен компенсировать различные ударные и тепловые перегрузки, возникающие в процессе эксплуатации. Восстановленные описанным способом цилиндры пневматиче­ских молотов успешно эксплуатируются длительный срок при полной нагрузке. Сварное соединение на чугуне, выполненное в соответствии с описанной технологией, фактически изменяет условия работы запаренного узла и перераспределяет напряже­ния, обеспечивая возможность длительной нормальной эксплуа­тации цилиндра.

Восстановление станины смесителя. Станина смесителя, уста­новленного на заводе искусственного волокна, имела очень сложную форму и была разрушена на несколько частей вслед­ствие попадания куска металла в механизм смесителя в процессе работы. Часть трещины прошла по гнездам подшипников и участкам сопряжения опорных поверхностей. Разрушения были велики. Привод и механизм машины повреждении не имели. Главным затруднением при производстве восстановительных ра­бот являлась необходимость точной сборки станины. Сборка и прихватка всех разбитых частей станины были выполнены с использованием в качестве кондуктора механизма машины. Такой способ сборки был применен впервые в ремонтной прак­тике и дал вполне удовлетворительные результаты. Основные оси механизмов были использованы в качестве баз, по которым

собирались разбитые части. Собранную на прихватках станину проверяли по основным размерам; участки, имевшие откло­нения, выверялись дополнительно. Сварку выполняли по опи­санной выше технологии электродами УОНИ-13/55. Первый слой металла наплавляли электродами ЦЧ-4. Усиливающие связи диаметром 8 мм были изготовлены из стали Ст. 3. Посадочные места сваривали медно-железными электродами ОЗЧ-1. Общий вид восстановленной станины приведен на рис. 83. На рисунке видны две сваренные стойки, которые были разбиты на не­сколько кусков. Такой же объем работы пришлось выполнить и на двух противоположных стенках.

Восстановление корпуса редуктора цементной мельницы. Во время монтажа новой высокопроизводительной цементной мель­ницы произошел обрыв такелажных устройств. В результате этого поднятый для установки на фундамент редуктор весом более 65 г упал и чугунный корпус его разбился на несколько частей. Были разрушены основание редуктора и верхняя крышка. Изготовление нового редуктора задержало бы пуск мельшшы на 1,5—2 года и фактически затормозило бы ввод в действие всей производственной линии для получения цемента.

Восстановить корпус редуктора было трудно ввиду боль­шого веса его деталей, большой толщины стенок, достигающей в некоторых местах 80 мм, и сложного характера излома, в ряде мест трещины прошли через места установок подшипников глав­ных валов редуктора, а часть трещин распространилась на разъемные фланцы и прошла через болтовые отверстия, в ре­зультате сильного удара часть трещин разошлась на 5—8 мм. На рис. 84 показана часть корпуса с разбитыми стенками.

Восстановление редуктора производилось по следующей технологии. После разборки редуктора его корпус и крышка были стянуты болтами до полного соприкосновения изломов.

Крышка была установлена и выверена по болтовым отверстиям с корпусом. Подготовку кромок под сварку выполняли в со­бранном состоянии редуктора, но без его механизмов. Разделка трещин с наружной части корпуса была произведена на глубину 30 мм с углом раскрытия в 90°. По обе стороны от кромки разделкн там, где это позволяла форма крышки, были постав­лены на резьбе 3—4 ряда шпилек диаметром 10 мм. Всего на все трещины было поставлено около 5500 шпилек. Первые слои металла по разделке кромок и по шпилькам были наплавлены электродами ЦЧ-4; последующие слои и сварку соединений выполняли электродами УОНИ-13/55. После проверки в собран­ном виде крышка была снята с корпуса и окончательную сварку выполняли уже в свободном состоянии. Трещины по разъему фланцев и в местах установки подшипников заваривали медно­железными электродами ОЗЧ-1. В ряде мест внутри корпуса там, где это было доступно, были также поставлены шпильки и приварены поперечные связи.

Учитывая большое количество сварных швов и сложность разрушения, в качестве поперечных связей использовали стержни из нержапеющей стали диаметром 10 и 12 мм, имею­щей предел прочности 70 кГ/мм2.

На весь ремонт, редуктора было израсходовано 80 кг элек­тродов ЦЧ-4 диаметром 4 мм, 320 кг электродов УОНИ-13/55 диаметром 4 и 5 мм и 50 кг медно-железных электродов ОЗЧ-1. Сварка всех мест разрушений выполнена в течение 15 рабочих дней при двухсменной работе. Заваренный корпус редуктора работает нормально уже свыше 3 лет.