РЕМОНТ ОБОРУДОВАНИЯ СВАРКОЙ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ С КОНСТРУКТИВНЫМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ НЕДОСТАТКАМИ

Технология восстановления цилиндров и станин гидравличе­ских прессов, компрессоров, паровых машин и других деталей, в которых разрушение произошло вследствие конструктивных недостатков или дефектов, возникших от неправильной механи­ческой обработки, должна включать следующие этапы:

1. Восстановление разрушенного узла до его первоначальной прочности и заданных геометрических размеров.

2. Разработку и проведение мероприятий по устранению кон­структивного недостатка.

В зависимости от характера детали это может быть осуще­ствлено различными способами, а именно: усилением критиче­ского сечения наплавкой; приваркой усиливающих элементов (ребер, планок, вставок); применением комбинированного уси­ления, сочетающего механическое крепление со сваркой. В том случае, если ремонтируемый узел не может быть конструктивно усилен, то обязательным условием будет применение сварочной

3 К. П. Воща НОВ

технологии и высококачественных электродов, обеспечивающих получение сварного соединения, равнопрочного основому ме­таллу или превышающего прочность последнего.

Цилиндр горизонтального пресса усилием 5000 т. Вес ци­линдра 62 т, толщина стенок 280—320 мм, рабочее давление жидкости 300 кГ/см2. После длительной эксплуатации пресса по образующей цилиндра в пространстве между двумя колоннами появилась сквозная трещина длиной: по наружной поверхности цилиндра ~ 300 мм, по внутренней ~500 мм. Цилиндр лигой из стали следующего химического состава: 0,35% С; 0,63% Мп;

0,33% Si; 0,38% Мо; 0,027% S; 0,020% Р. Ме­таллографические иссле­дования показали, что сталь имеет нормальную литую структуру со сред­ним размером зерна и не­большим количеством не­металлических включе­ний. Разделка трещины под сварку была выпол­нена механическим пу­тем — сверлением, фрезе­рованием и частично руб­кой пневматическим зу­билом. Общий вид ци­линдра в печи, подготов­ленного под сварку, дан на рис. 23.

В процессе разделки определилось, что в зоне трещины ли­тейных дефектов металл не имеет. Характер трещины, ее направ­ление точно по образующей цилиндра и отсутствие дефектов в металле позволили считать, что причиной разрушения была дли­тельная цикличная нагрузка. Особые трудности выполнения ре­монтных работ вызывались большой толщиной стенки, располо­жением трещины в очень жестком контуре цилиндра, где нель­зя было ожидать компенсации внутренних напряжений, и хи­мическим составом стали. Поэтому сварка выполнялась при об­щем нагреве цилиндра до 450—470° С. В процессе сварки были проведены три промежуточных отпуска при 670—680° С. Неко­торое повышение температуры отпуска было вызвано наличием в стали молибдена. Сварка выполнялась электродами УОНИ-13/65. При проковке шва (чеканке) были увеличены ин­тенсивность удара и длительность проковки. Описанная. техно­логия обеспечила получение удовлетворительных результатов при заварке сложного разрушения, расположенного в весьма жестком контуре.

Цилиндр пресса усилием 2000 т имел питательное отверстие, расположенное на вертикальной стенке. В этом сечении стенка оказалась ослабленной, и после нескольких лет эксплуатации в диаметрально противоположных участках стенки этого отвер­стия (по его граням с внутренней стороны) возникли надрывы.

Постепенно развиваясь в тре-

/ и /// — трещины, разделанные под сварку, // — вставка, вварива­емая в питательное отверстие, IV — технологические установоч­ные подкладки (цифрами /—14 по­казана очередность наложения швов) щины, они достигли наружных участков, после чего цилиндр стал не пригодным к эсплуата - шш.

I — наплавленный слой, механически обработанный после наплавки, 2 — разделка под сварку, 3 — днище ци­линдра, обработанное по торцу на станке

Поверочный расчет прочности показал, что наличие отверстия повышает величину напряжений в данном 'сечении до 1200 кГ/см9-. На кромке отверстия эти напряжения еще выше. Рассчитывать на продолжительную работу цилиндра после заварки было нельзя.

Для надежной работы требовалось изменить конструкцию цилиндра и перенести питательное отверстие в купольную часть. Для этого потребовалось некоторое изменение коммуникаций высокого давления. Восстановление цилиндра и его реконструк­ция выполнялись по следующей технологической схеме: раздел­ка трещин под сварку; снятие фаски в отверстии с углом 12°; расточка нового питательного отверстия в купольной части на расточном станке. В питательное отверстие была вставлена пробка с углом разделки 12° и зазором 10 мм на сторону (рис. 24).

Заварку цилиндра выполняли в электропечи с общим нагре­вом до 400° С и последующим отпуском при 650° С. Сварку вели одновременно двумя дугами. Сначала «каскадным» способом за­варивали трещины по образующей цилиндра, а затем произво­дили вварку вставки в отверстие. После реконструкции цилиндр работает нормально в течение нескольких лет с полной нагрузкой.

Цилиндр вертикального пресса усилием 800 т изготовлен по совмещенной схеме, гидравлическое давление создается маслом, внутренняя поверхность цилиндра обработана. Цилиндр не име­ет грунд-буксы, и поршень скользит по внутренней поверхности цилиндра. Дефект в виде острого надреза возник в результате механической обработки внутренней поверхности цилиндра в напряженном участке, в месте перехода в купольную часть. Цилиндр вышел из строя спустя год нормальной эксплуатации вследствие появления трещины. Длина трещины по наружной части 50 мм, а по внутренней — 150 мм. Подготовленное под сварку дефектное место с полным удалением трещины было за­варено при общем нагреве цилиндра.

Однако спустя год трещина возникла вновь, на этот раз на участке, диаметрально противоположном заваренному, и имела длину по наружной части 400 мм и по внутренней — более 2/з окружности цилиндра.

Для кардинального исправления дефекта была принята сле­дующая технология: купол цилиндра полностью удаляли газовой резкой, на торец цилиндрической части по кромке реза наплавля­ли слой металла так, чтобы ликвидировать подрез и вывести сварное соединение из зоны наибольших напряжений. Схема выполнения работ показана на рис. 25. Наплавленный участок был обработан механически с образованием плавного перехода внутренней поверхности от цилиндра к купольной части.

Отрезанная купольная часть цилиндра была обработана по торцу и установлена на опорном кольце, приваренном к внут­ренней поверхности цилиндра. Сварка основного шва была вы­полнена по типовой технологии одновременно двумя сварщика­ми при общем нагреве цилиндра до 450° С. После сварки был произведен высокотемпературный отпуск цилиндра. Восстанов­ленный цилиндр теперь работает нормально.

Цилиндры гидравлического пресса усилием 30 000 т. Ци­линдры были выполнены составными с вставной купольной ча­стью и механическим уплотнением ее на резьбе. Вес цилиндра 27 г. В остром углу заточки купольной части от уплотнительной поверхности возникали трещины, совершенно не доступные для наблюдения. Дефект обнаруживался только после того, как тре­щина выходила на наружную поверхность и цилиндр давал течь. Восстановление цилиндров и их модернизация были возможны только при полном изменении конструкции купольной части. Приварка новой купольной части выполнялась по схеме, пока­занной на рис. 26. Создание плавных переходов резко увеличи­ло работоспособность и долговечность цилиндра. Сварочные ра­боты выполнялись по технологии, описанной выше.

Цилиндры вертикального пресса усилем 10 000 т. Цилиндры изготовлены из литой стали следующего химического состава: 0,43% С; 0,70% Мп; 0,21% Si; 0,022% S и 0,020% Р. Качество
стали было улучшено проковкой. Цилиндры передают развива­емое прессом усилие через опорные борты на неподвижную тра­версу пресса. В месте перехода борта к цилиндрической части происходит концентрация напряжений и возникают надрывы, по­степенно переходящие в трещины, которые, развиваясь, выходят на внутреннюю поверхность. Установлено, что сквозное разру­шение обычно наступает после 106 циклов нагрузки.

Рис. 26. Стальные кованые цилиндры вертикального пресса:

о, — цилиндр с вставной купольной частью; б — цилиндр с прива­ренной еновь изготовленной купольной частью, А — место начала

трещин

Расчеты на прочность показали, что для уменьшения напря­жений необходимо повысить высоту опорного борта цилиндра. Это требовало некоторого изменения конструкции пресса, поэто­му на первых этапах производилась работа по качественной за­варке трещин, которая выполнялась по следующей технологии.

Разделка трещин производилась механическим путем с тща­тельным магнитным контролем за их распространением. Учиты­вая, что трещина развивается от наружной части цилиндра, ее разделку выполняли также снаружи и поэтому большая часть разделки не была сквозной. Для сварки и термообработки ци­линдров была изготовлена специальная печь, в которой имелось устройство, позволяющее поворачивать горизонтально располо­женный цилиндр вокруг оси на 180—360°.

Конструкция печи обеспечивала достаточно свободный под­ход к месту сварки. Схема печи с установленным в ней цилинд­ром показана на рис. 27. Сварка выполнялась при общем нагреве цилиндра до 450—480° С. Для уменьшения деформации борта цилиндра применялась усиленная проковка каждого слоя на­плавленного металла, которая проводилась после расплавления трех-четырех электродов. Такая частая и глубокая проковка пла­стичного металла, нагретого до высокой температуры, сильно снижает внутренние напряжения и уменьшает возможность

поводки. При нагреве цилиндра до 450—480 °С металл шва во время проковки имел температуру около 550—600°С.

Такая технология позволила при достаточно большом объеме металла шва полностью избежать короблений борта. Особенно

тщательно нужно было сва­рить поверхностные слои, об­разующие верхний слой метал­ла— наиболее напряженный. Эти слои наплавлялись элек­тродами УОНИ-13/55 диамет­ром 4 мм, специально отобран­ными для таких работ, т. е. свежего изготовления и тща­тельно просушенными до пол­ного удаления влаги из покры-

Рис. 28. Цилиндр пресса с бор­том, усиленным приваркой коль­ца по всему сечению торцовой части:

/ — цилиндр, 2 — приваренное кольцо,

3 — шов

тия. В наружных слоях выполненного шва полностью отсутст­вовали поры, шлаковые включения, подрезы и другие дефекты. 70

После окончания сварки и полного отпуска при 650° С для снятия напряжений металл шва механически обрабатывали для получения нужного радиуса перехода, затем шлифовали. Это дало возможность получить рабочую поверхность, способную ра­ботать в сложных знакопеременных условиях нагрузки при зна­чительно высоких напряжениях.

На рис. 28 показана схема приварки кольца для увеличения высоты опорного борта. Такая конструкция резко снижает вели­чину напряжений в опорном борту и увеличивает работоспо­собность цилиндра.

Приварка кольца может быть выполнена электрошлаковой сваркой или ручной дуговой электродами УОНИ-13/55.