ПОДГОТОВКА И СВАРКА СЛОЖНЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Подготовка к сварке. Разделка кромок трещин и мест изломов должна производиться так, чтобы обеспечить провар всего сечения. При разделке кромок следует особенно тщатель
но контролировать направление трещины и производить разделку так, чтобы трещина была «удалена» полностью. При этом следует стремиться, чтобы объем удаляемого металла, который определяет и объем наплавляемого металла, был минимальным. Это особенно важно при разделке дефектов у изделий с большой толщиной стенки и значительной жесткостью, когда можно опасаться возникновения значительных внутренних напряжений при сварке. В ряде случаев, когда объем дефектного металла значителен, целесообразно этот участок удалить полностью и на его место вварить вставку из металла, близкого по составу к основному металлу. Разделку можно выполнять механическими способами (фрезерованием, строжкой), рубкой пневматическим или ручным зубилом, проточкой на станках и способами разделительной и поверхностной резки (кислородом, воздушно-дуговой, резкой дуговой плазмой, выплавкой электрической дугой).
Практика показывает, что кислородная резка наиболее удобна. Преимущества ее перед механическими способами следующие: быстрота процесса, возможность получения оптимальной формы разделки с минимальным объемом наплавленного металла, хорошая видимость процесса и возможность наблюдения за расположением трещины; возможность легкого маневрирования инструментом при изломах и трещинах криволинейного очертания; гарантия полного удаления всего дефектного участка. При ремонте деталей (при подготовке их под сварку) способы разделки с применением резки и выплавки металла должны широко использоваться. Кислородно-газовая резка выполняется обычными резаками РР-53 и «Пламя», а также резаками типа PBI1 и другими для удаления пороков поверхностной выплавкой.
Резак и схема выплавки и разделки трещин показаны на рис. 3. Если выплавка и резка производятся на изделиях из сталей, содержащих более 0,23 % С, а также на изделиях большой толщины и жесткости, то необходим местный или общий подогрев изделия перед резкой до 200—350° С. После резки требуется тщательная зачистка кромок реза от окалины.
Выполнение сварки Сварка стальных изделий большой толщины (50 мм и более) и большой жесткости из стали, содержащей более 0,23% С, производится, как правило, с общим или местным подогревом до 200—450° С. Нагрев может быть индукционный (токами промышленной или высокой частоты); в электрических печах; в горнах (с твердым, жидким или газообразным горючим); многопламенными горелками. Когда по условиям технологии требуется общая термообработка всего изделия после сварки, наиболее удобным является выполнение работ в специальных электропечах без извлечения изделия из печи во время работы. Печь должна быть построена так, чтобы место, где производится сварка, было доступно для работы и надежно изолировано от общего объема печи. Мощность печи обычно выбирается из расчета 8- 12 кет на 1 т изделия. Схемы нагрева деталей приведены на рис. 4.
Сварка производится электродами с покрытиями типа «Ф» марок УОНІІ-13/45, УОНИ-13/55, УОНІМЗ/65 и УОНИ-13/85. Марка электрода выбирается в зависимости от марки свариваемой стали.
При сварке больших толщин применяются электроды диаметром 5, 6 и 8 мм. При отсутствии электродов большого диаметра
|
Рис. 3. Схема выплавки и разделки трещин под сварку с помощью резака РВП 59 и воздушно-дуговой резкой: а — резак РВП-59 для поверхностной резки; 6 — схема разделки трещины; в — общий вид трещины, подготовленной под сварку огневой выплавкой; г — схема воздушнодуговой резки |
рекомендуется соединять электроды в пучки по два, три и четыре (рис. 5). Сварка производится от источников постоянного тока при обратной полярности.
Для уменьшения внутренних напряжений и короблений при сварке стальных изделий большой толщины и жесткости применяются следующие способы:
1. Наложение многослойных швов «каскадом» или «горкой». В этом случае шов желательно располагать в наклонном или вертикальном положении. Сварку начинают с нижней части разделки и постепенно заполняют металлом все сечение. При таком способе заполнения разделки шва наплавленным металлом жесткость завариваемого контура возрастает постепенно, сечение шва
|
Рис. 4. Схемы нагрева деталей: а — электрическая горизонтальная печь для общего нагрева: 1 — спирали; 2 — нагреваемая деталь; 3— съемная крышка; б — электрическая разборная печь: / — под печи; 2—цн - линдрнческая часть; 3 — съемная крышка (колпак); 4 — деталь; 5 — нагревательные элементы; в — индуктор для местного нагрева: / — сварочный трансформатор; 2 — индуктор; 3 — деталь; г — временный гори, обогреваемый древесным углем или коксом; д — газовая печь |
|
“Г" |
■f |
1 ■ |
|
|
“|" ■ Т |
1 |
щ 1 |
J— 1 1 |
в месте сварки заполняется полностью, заваренный участок шва приобретает нужную прочность и опасность появления трещин при сварке существенно уменьшается.
|
Рис. 5. Схемы пучков электродов: а — нз двух; б — из трех; в — из четырех электродов диаметром 5 мм г —схема горения дуги в пучке из трех электродов; / — место сварки всех концов в одну точку: 2 — место связи электродов мягкой стальной проволокой |
2. Применение двухсторонней разделки кромок во всех случаях, когда это возможно, особенно, если сварка выполняется при вертикальном положении шва; при этом сварку «горкой» нужно выполнять одновременно двумя дугами. Мощность дуг и диаметры электродов берут одинаковыми.
Такое выполнение сварки обеспечивает равномерную усадку и почти полное отсутствие короблений.
3. Выполнение сварки за один тепловой цикл, до полного окончания всех операций по сварке.
|
N1 N2 N3_ г!' |
В том случае, если объем наплавляемого металла велик, сварку можно выполнять в несколько смен или же при перерывах в работе поддерживать требуемый равномерный нагрев детали.
|
г) |
4. Применение послойной проковки (чеканки) металла швов. Проковка выполняется пневматическим молотком, снабженным зубилом с закругленной режущей кромкой по радиусу 2 мм. Проковка производится сразу же после наложения каждого шва или слоя металла, состоящего из нескольких швов, но расположенных в один ряд на плоскости разделки. Проковка вызывает деформацию металла шва, уплотняет и изменяет его объем. Такая проковка уменьшает внутренние напряжения и позволяет почти полностью избежать коробления свариваемой детали.
При использовании для сварки электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями проковку можно проводить в любом
интервале температур от +20 до 650 °С и выше. В случае применения электродов с другими покрытиями следует избегать проковки в интервале температур 200—400° С, так как при этих температурах понижается пластичность металла и появляется опасность возникновения в нем трещин. В этом случае проковка обычно заканчивается при охлаждении металла шва уже до 450° С. Обычно первый шов в разделке кромок и последний облицовочный шов проковке не подвергают; для этих швов пневматический инструмент применяют только для удаления шлака. Интенсивность проковки зависит от толщины свариваемой детали, марки стали, жесткости свариваемого контура, заданной и допустимой величины деформации.
При сварке массивных деталей больших толщин (200— 400 мм) весом в десятки тонн успешно применяли отбойные молотки, используемые обычно для ломки бетона. При сварке коленчатых валов желательно применять более легкие отбойные молотки. Обычно проковка ведется до полного уничтожения рисунка шва. Зубилом с длиной бойка 10—12 мм производится 4—8 ударов по одному участку. Если ширина ударней части зубила составляет 2 мм, то в этом случае на 1 см2 площади шва приходится от 8 до 16 ударов.
Необходимо учитывать, что при такой проковке (типа чеканки) швов требуются специальный инструктаж рабочих и постоянный технический надзор. Эту работу нельзя поручать сварщику, ведущему процесс, так как после проковки повышается утомляемость рук и сварщик не сможет качественно выполнять сварку. В ряде случаев, когда производится особо ответственный ремонт, сварщик и рабочий, ведущий проковку швов, выполняют опытную работу по сварке контрольного образца с применением проковки. Для проковки швов желательно использовать рабочих, постоянно работающих с пневматическим инструментом, например, обрубщиков металла. При неправильной проковке и при несоблюдении установленных для ее применения температур можно вызвать появление наклепа и трещин в металле шва.
5. Применение тепловых режимов сварки в соответствии с химическим составом свариваемой стали, размерами и весом детали, объемом наплавляемого металла и жесткостью свариваемого узла.
Для литых и кованых стальных деталей, содержащих 0,23- - 0,50% С, и при толщине стенки более 30 мм рекомендуется местный или общий подогрев перед сваркой до 250—450° С. Все сварочные работы в этом случае производятся в указанном интервале температур. По окончании сварочных работ необходимо произвести высокотемпературный отпуск сваренного изделия при 600—650° С для снятия внутренних напряжений. Такой отпуск ослабляет связи между кристаллами и зернами металла и позволяет полностью устранить внутренние напряжения, возникшие в детали в процессе эксплуатации и выполнения сварки. Время выдержки при температурах отпуска обычно составляет 2—2,5 мин на 1 мм толщины стенки.
В том случае, если вес наплавляемого металла достигает 100 кг и более, а место сварки расположено внутри жесткого контура, целесообразно в процессе сварки произвести 1—2 промежуточных высокотемпературных отпуска при 600—650° С.
Когда общий нагрев изделия осуществить нельзя, необходимо произвести местную термообработку путем нагревания до 600—650° С сварного соединения и прилегающей зоны основного металла на расстоянии 100—150 мм в каждую сторону от оси шва. При этой температуре деталь выдерживается в течение 15— 30 мин, а затем изолируется асбестом или сухим шамотным порошком и медленно охлаждается. Общая или местная термообработка обеспечивает полную работоспособность сваренной детали при длительной эксплуатации. Нагрев может осуществляться в электрических и газовых печах, от индукторов токами промышленной или высокой частоты, газовыми многопламеннымн горелками, переносными временными горнами с нагреванием в них детали коксом или древесным углем.
