РЕМОНТ ОБОРУДОВАНИЯ СВАРКОЙ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ С КОНСТРУКТИВНЫМИ НЕДОСТАТКАМИ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ УСИЛЕНИИ НАПРЯЖЕННЫХ УЧАСТКОВ

Вертикальный четырехколонный пресс усилием 10 000 т.

Пресс используется для горячей штамповки сложных объемных деталей из алюминиевых сплавов. Следует отметить, что прес­сование алюминиевых сплавов дает наиболее жесткое нагруже­ние прессов. Так, например, два одинаковых пресса одного года выпуска работали с одинаковыми нагрузками и интенсивностью. Один из них использовался на прессовании стальных слитков и никаких признаков разрушений не имеет; у второго пресса, рабо­тавшего на горячем прессовании алюминиевых сплавов, после десятилетней эксплуатации оказались разрушенными нижнее основание, подвижная траверса и три цилиндра. Разрушение нижнего основания и подвижной траверсы были обнаружены во время очередного ремонта.

Нижнее основание пресса представляет собой литую жесткую конструкцию коробчатого типа с внутренними перегородками. Нижняя плита основания испытывает во время работы растяги­вающие напряжения, а верхняя — сжимающие. Химический со­став стали: 0,31% С; 0,50% Мп; 0,30% Si; 0,01 % S и 0,03% Р. Размеры основания — длина 6070 мм, ширина 4115 мм высота 2260 мм. Толщина стенок: нижней плиты 170—180 мм, верхней плиты 210—230 мм, вертикальных поясов 155—160 мм, внутрен­них перегородок 95—115 мм. Вес основания 120 т.

Отливка основания была произведена так, что нижняя пли­та оказалась расположенной в зоне литников, где обнаружены четыре крупные литейные раковины объемом 45—50 дм3 каж­дая, а также значительное количество мелких раковин и шлако­вых включений. Такие дефекты особенно опасны для плиты, ра­ботающей на растяжение.

Разрушение основания произошло по среднему, наиболее на­пряженному сечению (рис. 29). Полностью разрушены нижняя плита основания и стенки отверстия выталкивателя. В верхней
■плите трещина пересекала всю плоскость плиты и оканчивалась у вертикальных поясов. В нижней части вертикальных поясов трещины оканчивались у литейных контрольных отверстий.

Общая длина излома составляла 9120 мм при площади сече - 'ния излома 192,4 дм2. Из общей рабочей площади в данном се­чении было разрушено более 75%. Оставшаяся неразрушенная часть вертикальных стенок не могла выдерживать существенных

нагрузок.

В подвижной траверсе была обнаружена трещи­на длиной 880 мм на ннжней рабочей плите между двумя литейными отверстиями. Эта трещи­на уходила во внутрен­нюю полость траверсы, пересекая под углом 45° внутреннее ребро, и окан­чивалась на верхней пли­те между литейными от­верстиями упорной части пуансона первого цилин­дра. Длина трещины на верхней плите 280 мм (рис. 30).

Подвижная траверса весом 145 т изготовлена из литой стали соста­ва: 0,37% С, 0,69%

Предел прочности стали 54,9 кГ/мм2, предел текучести 25,7 кГ/мм2, относительное удли­нение 13,8%.

Возможными причинами разрушения деталей явились:

1. Остаточные литейные напряжения, возникшие в металле при изготовлении пресса.

2. Недостаточная прочность нижнего основания по среднему сечению, а также дефекты изготовления. Нижняя плита, рабо­тающая на растяжение, имеет меньшую толщину (185 мм) по

сравнению с верхней (230 лш); кроме гого, в ней сконцентриро­ваны все литейные пороки.

3. Значительные усталостные напряжения, возникшие в про­цессе десятилетней эксплуатации; за это время пресс выдержал около 5-Ю6 циклов нагружений при полном прессовом усилии.

Замеры показали, что максимальное раскрытие трещин со­ставляло: в стенках отверстия выталкивателя — 7 мм, в нижней плите — 4 мм, в верхней плите — 2,5 мм. В верхней плоскости основание имеет прогиб, достигающий в центре сечения 2 мм.

Разрушение подвижной траверсы произошло в результат* воздействия скалывающих напряжений. Расчетные данные пока­зывают, что напряжения среза в данном узле достигают 1070 кГ/см2 (по принятым в машиностроении нормам для сталь­ного литья эти напряжения должны составлять 300—500 кГ/см2). Характерным для скалывающих напряжений является косой срез под углом 45° от нижней плиты к верхней.

Восстановительные работы и технология сварки. Одним из основных требований, предъявлявшихся к восстанавливаемым деталям,— сохранение точных размеров по осям колонн. Эти размеры определяются условиями сборки трех основных частей пресса: нижнего и верхнего оснований, подвижной траверсы с зазорами между отверстиями и колонной, не превышающими 0,5 мм.

Все разрушенные элементы были восстановлены дуговой сваркой с полным проваром трещин по всему сечению. Свароч­ные работы выполнялись с предварительным равномерным на­гревом деталей до 350—450° С. Для снятия напряжений* возник­ших при эксплуатации и в процессе сварки, детали подвергались
промежуточному и окончательному высокотемпературному от­пуску при 650—670° С с четырехчасовой выдержкой при этой температуре и охлаждением вместе с печью.

До начала сварки был произведен демонтаж пресса, а также спроектирована и построена электрическая печь мощностью 680 ква для термообработки и подогрева деталей в процессе сварки. Печь состояла из металлического каркаса, заполненного

теплостойким кирпичом. Торцовая часть печи изготовлена в виде отдельного щи­та, который снимается и устанавливается при помощи крана. В продольных стенах во время кладки были оставлены гори­зонтальные углубления размером 60X Х60 мм, в которые закладывались по­догревающие спирали диаметром 60 мм из проволоки марки ЭХН80 диаметром 5 мм; допускаемый нагрев спирали 1100 °С. Спирали разбили на четыре сек­ции, включаемые независимо одна от другой. Печь снабдили устройством для автоматической регулировки температу­ры. В боковых стенках печи оставили

ВЫреЗЫ, Обеспечивающие ВОЗМОЖНОСТЬ'

вести сварку нагретой детали без извле­чения ее из печи. Эти отверстия во время перерывов в сварке закрывались щита­ми-дверцами.

Трещины под сварку разделывались резаками для выплавки пороков и обыч­ным резаком для разделительной резки. Кислородная резка позволила сократить время подготовки к сварке и получить удобную форму разделки с минимальным объемом наплавлен­ного металла. При толщине стенок 230—280 мм раскрытие раз­делки в верхней ее части составляло всего 60—80 мм.

Нижнее основание восстанавливали в такой последовательно­сти. Сначала основание устанавливали на боковое ребро и газо­вым резаком разделывали трещину по стенке отверстия вытал­кивателя. Также выполняли разделку трещин в верхней и ниж­ней плитах основания. В верхней плите перед началом резки бы­ли просверлены два отверстия диаметром по 60 мм с каждой стороны трещины для ограничения ее дальнейшего распростра­нения. По окончании разделки поверхность реза тщательно очи­щали от окалины и шлака до металлического блеска. Оконча­тельная разделка имела сечение в виде трапеции с верхним ос­нованием 60—80 мм и нижним — 10—15 мм. С нижней стороны разделки были установлены и прихвачены технологические под­
кладки, изготовленные из листовой стали (Ст. 3) толщиной 8 и 10 мм и шириной 50—70 мм. Общий вид основания, подготовлен­ного к сварке со стороны верхней плиты, показан на рис. 31.

Учитывая, что нижняя плита основания имеет недостаточную толщину и напряжения, воспринимаемые ею, превышают расчет­ные, было решено усилить нижнее основание постановкой четы­рех стяжных болтов 2 (рис. 32). Для крепления болтов были за­проектированы упорные плиты 3, привариваемые к нижней пли­те. Два болта имели диаметр по 180 мм и два — по 220 мм.

Стяжные болты были поставлены после окончания всех сва­рочных работ. Для создания нужного натяжения болты устанав­ливали с подогревом до 120° С и полной затяжки гаек при этой температуре. Такая затяжка позволила создать в нижнем осно­вании предварительные напряжения с обратным знаком по от­ношению к рабочим напряжниям. Жесткость и работоспособность основания при этом значительно увеличились. Прогиб основания при максимальном прессовом усилии, приложенном в центре, по паспортным данным допускался до 2,5 мм. После ремонта осно­вания и усиления его стяжными болтами фактически замеренный максимальный прогиб составил 1,5 мм.

Сварку выполняли электродами УОНИ-13/55 диаметром 5 и 6 мм; для ускорения процесса сварки применяли также пучки из двух и трех электродов диаметром по 5 мм. Для электродов диа­метром 5 мм применяли ток 240—260 а, для электродов диамет-
ром 6 мм 270—320 о, для пучка из двух электродов 320—360 о, для пучка из трех электродов 500—600 а.

Сварка производилась от сварочного преобразователя посто­янного тока ПСМ-1000 дугой с обратной полярностью. Каждый сварочный пост питался через три параллельно включенных бал­ластных реостата РБ-200.

Сварочные работы велись в следующей последовательности:

1. Подготовленное под сварку основание устанавливали в печь. Сначала заваривали внутреннюю разделку по стенке

отверстия выталкивателя, начиная от середины сече­ния, одновременно в две ду­ги. По центру сечения уста­навливали разделяющий стальной клин толщиной 20 мм, на который с обеих сторон наплавляли «горку» металла, расположенную под углом 45° (рис. 33). На эту «горку» производили по­следующую наплавку с про­ковкой каждого слоя. Ра­боты выполнялись без на­грева детали в две дуги (од­новременно двумя сварщи­ками) непрерывно до за­полнения всей разделки шва. После того как шов был зава рен на длине 1500 мм, включали печь и деталь (одновремен­но с выполнением сварки) подвергалась постепенному нагреву до 400 °С; при этой температуре заканчивалась заварка внут­ренней трещины, после чего температура нагрева была повыше­на до 640 °С.

2. Трещины в нижней и верхней плитах основания заварива­лись одновременно четырьмя сварщиками, для этого были сде­ланы специальные рабочие площадки. С каждой стороны печи работали два сварщика — один заваривал трещину снизу до от­верстия выталкивателя, а другой — от отверстия выталкивателя к верхней части боковой грани. Сварка начиналась на стальных подкладках, установленных в разделке под углом 30°.

Постепенным наращиванием шва снизу вверх заполнялось все сечение разделки. Для уменьшения деформаций каждый слой наплавленного металла подвергался проковке. Сварка вы­полнялась с тремя промежуточными отпусками при 550—600° С.

Для облегчения условий труда сварщики были снабжены специальными щитками, охлаждаемыми водой. Эти щитки пре­дохраняли сварщика от действия тепла печи. Схема выполнения работ дана на рис. 34.

3. После заварки трещин на нижней и вертикальной плитах основание было подвергнуто высокотемпературному отпуску при 670° С и охлаждению вместе с печью. Затем основание было из­влечено из печи и установлено нижней плитой вверх для при­варки опорных усиливающих плит под болты.

4. Основание устанавливали на противоположное вертикаль­ное ребро, и в этом положении производили разделку вторых по­ловин трещин в стенках отвер­стия выталкивателя и в вер­тикальной стенке от края до литейного отверстия.

5. Подготовленное к сварке основание вновь помещали в печь для проведения свароч­ных работ второй очереди, ко­торые выполнялись в той же последовательности, что и за­варка первой половины тре­щины. Сварка велась непре­рывно в течение нескольких смен до заполнения всей раз­делки. Последней операцией была заварка разделки в вер­тикальной стенке, которая бы­ла выполнена также в один прием с общим нагревом до 350-—400 °С. Полностью зава­ренное основание было под­вергнуто последнему общему отпуску при 650—670 °С с вы­держкой в течение 4 ч и по­следующим охлаждением вме­сте с печью.

Восстановление подвижной траверсы. Внутреннее вертикаль­ное ребро недоступно для выполнения работ, поэтому для его за­варки з торцовой стенке траверсы было вырезано отверстие размером 600x450 мм. Сложность заварки ребра обусловлива­лась также большой жесткостью в этом сечении, невозможно­стью осуществить предварительный нагрев и применить проков­ку тяжелым пневматическим молотком, а также неудобством работы сварщика вследствие тесноты. Сварочные работы выпол­нялись в такой последовательности. Траверсу устанавливали в печь на боковом ребре. В торцовой части печи имелась выемка для прохода во внутреннюю полость траверсы. К верхнему ли­тейному отверстию был подключен отсасывающий вентилятор для удаления сварочных газов. Разделку внутреннего ребра и наружных трещин выполняли газовым резаком. Для усиления
рабочего сечения на верхней и нижней плитах траверсы были заварены четыре литейных отверстия, в которые предваритель­но вставляли стальные пробки (см. рис. 34). После выполнения всех подготовительных работ сварка внутреннего ребра выпол­нялась непрерывно в течение пяти рабочих дней.

Схема сварки приведена на рис. 35. Печь включалась немед­ленно по окончании сварки внутреннего ребра, и вся траверса нагревалась до 650° С с выдержкой в течение 4 ч, после чего тем­пературу снижали до 450 СС. Гретины между литейными отверстиями на верхней и нижней плитах заварива­лись двумя сварщиками од - новременно. Все работы вы поднялись при общем нагре­ве траверсы до 360—450 “С.- После выполнения свароч­ных работ траверса была подвергнута отпуску при 650 °С с выдержкой 4 ч.

Последняя операция — заварка отверстия, вырезан­ного в торцовой стенке, про­изводилась при нагреве тра­версы до 200 °С через отвер стие в боковой стенке печи. Сварка выполнялась обратноступенчатыми каскадными швами непрерывно до заполнения разделки. Окончательно заваренная траверса еще раз была подвергнута отпуску при 650 "С. Про­верка основных размеров и рабочих плоскостей заваренных де­талей показала отсутствие деформаций и полное совпадение по осям колонн.

Работы по восстановлению разрушенных деталей были вы­полнены в течение трех месяцев без учета времени на демонтаж и монтаж пресса. Применение сварки позволило сэкономить 150 тыс. руб. и на полтора года сократить простой уникального прессового агрегата. На выполнение сварочных работ было из­расходовано около 4 т качественных электродов. Кислородная резка для разделки трещин позволила значительно сократить время и затраты на производство подготовительных работ, а также получить удобную форму разделки с минимальным объе­мом наплавленного металла. Внесенные при помощи сварки кон­структивные изменения существено уменьшили и перераспреде­лили напряжения, а также увеличили работоспособность дета­лей. Упрочнение нижнего основания было достигнуто постанов­кой четырех стяжных болтов на нижнюю плиту, а упрочнение

подвижной траверсы —- заваркой четырех отверстий на нижней и верхней плитах, что усилило эти плиты и перераспределило на­пряжение в вертикальных стенках траверсы.

Горизонтальный пресс «Эймуко» усилием 5000 т. Передняя траверса горизонтального пресса представляет собой простран­ственную жесткую систему, литую из стали следующего состава: 0,34% С; 0,32—0,37% Si; 0,66—0,68% Мп; 0,04% S и 0,025% Р. Механические свойства стали: предел прочности 48,8 кГ/мм2, предел текучести 25,5 кГ/мм2.

Передняя траверса связана тремя горизонтальными колонна­ми с задней траверсой пресса, в которой установлен главный цилиндр. Плунжер главного цилиндра передает развиваемое уси­лие в 5000 т на прессуемый металл и прессформу, расположен­ную в центральном отверстии передней траверсы. Наиболее на­груженной является центральная часть траверсы.

При очередном плановом осмотре на внутренней поверхно­сти центральной втулки были обнаружены четыре трещины дли­ной по 350—590 мм при толщине стенки: в начале — 430 и в кон­це— 105 мм. Трещины возникли в углах прямоугольных отвер­стий размером 410x310 мм, диаметрально расположенных во втулке в горизонтальной плоскости. Назначение отверстий тех­нологическое — они служили для удаления литейной земли и стержней. Для эксплуатации пресса эти отверстия не нужны.

Устройство отверстий явилось конструктивной ошибкой, гак как в прямых углах следовало ожидать концентрации напряже­ний и появления разрывов. Общий вид траверсы с указанием расположения трещин показан на рис. 36.

Попытки завода заварить трещины дуговой сваркой элект­родами УОНИ-13/55 с местным подогревом и применением по­слойной проковки швов не дали положительных результатов. После остывания шва трещины возникли вновь с расхождением в 0,5—1,5 мм и распространением их на целое место. Единствен­но возможным способом ремонта являлась заварка этих дефек­тов при общем нагреве до 650° С для снятия напряжений. Вы­полнение этих работ крайне затруднительно, так как места свар­ки находятся внутри траверсы и при общем нагреве ее до 450° С сварщик в обычных условиях работать не может.

Учитывая большой вес траверсы, раиный 44 т, сложность и длительность ее изготовления и большую стоимость, приняли ре­шение о постройке специальной электрической печи для нагрева, сварки и термообработки траверсы. Конструкцией печи предус­матривалось расположение траверсы в нормальном рабочем по­ложении. В вертикальных стенках печи, против центрального отверстия траверсы, были оставлены два отверстия диаметром, равным отверстию траверсы. Печь была возведена вокруг тра­версы, установленной на огнеупорный щит на полу цеха. Конст­рукция печи состояла из металлического каркаса, заполненного
огнеупорным кирпичом. Толщина стенки печи 500 мм. Нагре­вательные спирали были размещены в специальных горизон­тальных пазах, сделанных на вертикальных стенках печи. Для создания внутри нагретой траверсы нормальных условий работы были предусмотрены следующие устройства:

1) сделан специальный полый двухстенный экран из алюми-

В экране были оставлены вырезы, соответствующие тем местам, где должна производиться сварка. Экран мог свободно вставляться и вынимать­ся через центральное от­верстие;

2) с наружной сторо­ны был установлен вен­тилятор, который всасы вал воздух через цент­ральное отверстие и от­сасывал газы дуги, соз­давая подачу холодного воздуха через рабочее по­мещение в траверсу. Об­щий вид печи со стороны установки вентилятора показан на рис. 37, а об­щий вид отверстия в мо­мент работы с охлаждае­мыми экранами и допол­нительной изоляцией ас­бестом — на рис. 38.

Сварка производилась в следующем порядке. Для устранения конст­руктивного недостатка траверсы было решено усилить ее цент­ральную часть вваркой в прямоугольные отверстия кованых вставок, изготовленных из стали 35Л. Толщина вставок была равна толщине тела втулки, т. е. 135 мм. Разделка трещин под сварку и снятие фасок для заварки вставок производились ре­заками для разделительной резки и резаками для выплавки пороков РВП-47. Резка выполнялась при общем нагреве траверсы до 150 °С. Поверхности реза были зачищены наждачным камнем на гибком валу до металлического блеска. После зачистки про­изведен тщательный контроль с применением местного намаг­ничивания и нанесения на поверхность мелкого железного по­рошка. Это обеспечило возможность полного удаления дефектов до начала сварки.

Рис. 37. Электропечь для сварки и термообработки передней траверсы пресса усилием 5000 т:

/ — вентилятор для подачи холодного воздуха в зону сварки. 2 — тсрморсгулирукщее устройство, -"--подводка тока к спи­ралям печи

/ — асбестовая изоляция, 2 — кожух, охлаждаемый водой, 3 — шланги, подводящие воду. -4 — воздушные шланги для пнев­момолотков, 5 — сварочные провода

В подготовленную для сварки разделку были установлены на подкладках и закреплены прихватками кованые вставки. За­тем печь была включена на нагрев до 450° С, скорость нагрева 12—15 град/ч. Сначала заваривали разделанные трещины, а за­тем вставки.

В процессе сварки производилась тщательная послойная про­ковка шва пневматическим зубилом с бойком, закругленным по радиусу в 2 мм.

После заварки трещин в правой и левой половинах траверсы она была подвергнута промежуточному отпуску при 650° С с вы­держкой в течение 3 ч. Промежуточная термообработка позво­лила снять внутренние напряжения, полученные от наплавки

большого количества металла (до 120 кг) в каждой трещине, и исключила появление разрывов в новых местах. После термооб­работки температура траверсы снижалась до 450—420° С; при этой температуре вваривали стальные вставки в отверстия. Вварка вставок производилась каскадным способом с примене­нием проковки. Схема заварки отверстий приведена на рис. 39. После заварки каждой заплаты с трех сторон был произведен второй промежуточный отпуск при 650° С. Заварка последних (замыкающих) швов вставок производилась при температуре подогрева 420—450° С.

Окончательно заваренная траверса была подвергнута по­следнему отпуску при 650° С с последующим остыванием с печью в течение четырех суток. При тщательном осмотре траверсы не было обнаружено каких-либо видимых дефектов. Электрическую печь демонтировали, и после этого проверили основные осевые размеры и главные плоскости. Каких-либо деформаций и изме­нений размеров, выходящих за пределы допускаемых норм, не было.