Совершенствование методов восстановления металлоконструкций горных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

А___________

----------------------------- © В.С. Квагинидзе, В.Б. Корецкий,

Н.Н. Чупейкина, 2007

УДК 621.879:622.271.4

В.С. Квагинидзе, В.Б. Корецкий, Н.Н. Чупейкина

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГОРНЫХ МАШИН

щ ш ри ремонтах горных машин одним из основных видов раИ бот является ремонтная сварка металлоконструкций, качество выполнения которой во многом определяет, в дальнейшем, работоспособность и надежность их базовых узлов.

Наиболее сложными вопросами ремонтной сварки являются вопросы восстановления металлоконструкций машин, ремонт которых ввиду громоздкости и большой металлоемкости базовых узлов горного и транспортного оборудования, как правило, производится в полевых условиях, при низких отрицательных температурах. От качества выполнения ремонтной сварки зависит работоспособность базовых узлов машин. Качественная сварка в полевых условиях при воздействии низких температур зависит от строгого выполнения ряда специальных требований и рекомендаций.

Дефекты, повреждения и трещины, обнаруженные в узлах металлоконструкций горного и транспортного оборудования, должны быть немедленно ликвидированы во избежание их дальнейшего развития и перерождения в хрупкую трещину. Ликвидация повреждений, особенно в зимний период, должна производиться с учетом ряда специфических требований, в противном случае отремонтированный участок конструкции может оказаться более опасным и ненадежным.

Для уменьшения неблагоприятного влияния отрицательных температур на качество сварки необходимо строгое выполнение комплекса мероприятий, связанных с подготовкой к сварочным работам: правильный выбор марок сталей, электродов и технологии сварки; предварительный подогрев конструкции и оптимальная

скорость отвода тепла; последующая механическая и термическая обработка узлов, а в ряде случаев пробная сварка с последующим испытанием образцов.

Необходимо тщательно подходить к выбору материалов для ремонтных работ. Применяемые стали должны обладать высокими пластическими свойствами.

При ремонтных работах для замены поврежденных частей металлоконструкций желательно использовать те же марки сталей, из которых изготовлены базовые узлы.

Разделка кромок трещины может производиться газовой горелкой, рвд с последующей обработкой поверхности, после предварительного подогрева металла до температуры 100—150 °С.

Важным фактором является правильный подбор электродов. Электроды подбираются так, чтобы химический состав и механические свойства соответствовали основному металлу, и обладали хорошей ударной вязкостью. Сварка при отрицательных температурах должна производиться с подогревом, электродами с покрытием основного типа. При производстве сварочных работ необходимо тщательно просушивать и прокаливать электроды. Хорошие результаты дает сушка электродов при температуре 250—300 °С. Содержание влаги в электродах при этом не должно превышать 0,2 %, что исключает возможность появления хрупких трещин.

Чтобы избежать насыщения влагой при сварке особо ответственных деталей, электроды к рабочему месту сварщика должны подаваться непосредственно перед сваркой в плотно закрытой таре. Использовать электроды, длительно хранящиеся на морозе, можно лишь после их повторной просушки.

Важным фактором качественной сварки является правильный режим отвода тепла. В зависимости от скорости теплоотвода меняется характер термического влияния в зоне сварки. При большом теплоотводе, зависящем от толщины и размера листа, термическое влияние в зоне сварки проявляется больше и может вызвать охрупчивание шва и околошовной зоны.

При сварке в условиях низких отрицательных температур наблюдается повышенная скорость охлаждения и кристаллизация металла, которая затрудняет выход газов и окислов на поверхность шва. В шве увеличивается содержание кислорода, водорода, азота и неметаллических включений, что повышает вероятность образования трещин.

Сварка ответственных деталей с большими размерами швов должна производиться от середины к краям, желательно одновременно двумя сварщиками. При многослойной сварке каждый слой шва перед наложением последующего слоя должен быть очищен от шлака и брызг металла. Не допускается прекращение сварки до выполнения проектного размера шва. Многослойная сварка может выполняться приемами двойного слоя, каскадом, горкой. Сварка швов большой протяженности выполняется обратноступенчатым способом. Швы с двусторонним скосом кромок нужно сваривать секциями с двух сторон одновременно с некоторым отставанием одного слоя от другого.

В случае вынужденного прекращения сварки и остывания шва процесс можно возобновить лишь после местного подогрева конструкции до 150—200 °С.

При производстве сварочных работ необходимо стремиться к получению плотного металла сварного шва, для чего рекомендуется сохранять отношение высоты шва к его ширине, равное 0,4—0,6. В случае многослойной сварки высоту шва принимают не менее 5 мм.

В процессе сварки в швах образуются усадочные напряжения, а в основном металле — уравновешивающие их местные напряжения. При этом важными факторами являются направление и порядок расположения швов.

Необходимо стремиться к тому, чтобы сварные конструкции имели как можно меньшие усадочные напряжения, что достигается рациональным видом соединения и правильным выбором швов. Следует избегать изменений формы поперечного сечения, вызывающих дополнительные концентрации напряжений, особенно соединенного внахлестку и с накладками, и, где это возможно, заменять их соединениями встык и с полным проваром и плавным сопряжением металла. При вынужденных соединениях внахлестку сварные элементы необходимо обваривать по контуру стыковки с последующей механической обработкой швов, исключающих резкие переходы сечений.

Следует обращать серьезное внимание на способы прикрепления второстепенных деталей, а именно: прикрепление поперечными швами без вывода, а затем с выводом их концов на кромку основного элемента; продольная приварка по плоскости полосовых элементов; продольная приварка по кромкам.

При выполнении ремонтных работ желательно не применять излишне мощных сварочных швов, крепления ребер жесткости без скосов, близко расположенных параллельных или пересекающихся швов.

Низкая температура, ухудшая пластичность основного металла и материала швов, может привести к неполному выравниванию напряжений между лобовыми и фланговыми швами в составе сварного соединения с комбинированными угловыми швами. Лобовые швы, как более жесткие, воспринимают нагрузку в первую очередь и при невозможности перераспределения усилий за счет пластической деформации элементов, а также при относительно малой длине могут разрушиться раньше, вызывая разрушение всего соединения. Необходимо стремиться к использованию швов одинакового типа.

Таким образом, необходимым мероприятием повышения надежности металлических конструкций, работающих в условиях низких отрицательных температур, является выбор таких конструктивных форм сварных соединений, которые имеют наиболее равномерную эпюру рабочих напряжений, а также отсутствие резких геометрических концентраторов напряжений.

Следует иметь в виду, что случайные дефекты изготовления и ремонта конструкций могут явиться причиной хрупких разрушений. Даже такой дефект, как, ожог электродом при случайном касании или зажигании дуги, может быть причиной аварии. При выполнении электродуговой сварки зажигание и гашение сварочной дуги рекомендуется производить на выводных планках. Ожоги или другие случайные местные повреждения на поверхности элементов устраняют абразивным кругом.

По окончании ремонтных работ необходимо внешне удостовериться в качестве сварного шва.

При ремонте массивных узлов создаются условия для возникновения внутренних напряжений в металле, вызывающие опасность разрушения сварного соединения. Вероятность таких разрушений возрастает при сварке в условиях низких отрицательных температур. Одним из эффективных средств снятия внутренних напряжений является термическая обработка ремонтируемых узлов. Наиболее эффективным видом термической обработки является высокотемпературный отпуск. Отпуск обеспечивает получение более мелкого ферритного зерна и постепенное рассасывание дис-

локаций. Все это способствует повышению вязких свойств стали и уменьшает вероятность хрупких разрушений.

Для получения качественного сварного соединения необходимо строгое выполнение комплекса мероприятий:

• укрыть ремонтируемый участок металлоконструкции от воздействия атмосферных осадков (снег, дождь, ветер);

• просушить ремонтируемый участок в радиусе 0,5 м от трещины;

• перед разделкой трещины предварительно подогреть ее кромки до температуры 100—150 °С на расстоянии 100 мм в обе стороны;

• разделку трещины вести от ее конца У-образным и Х-образным контурами в зависимости от толщины материала;

• после разделки трещины произвести зачистку ее кромок шлифовальной машиной до металлического блеска;

• после подготовки кромок сварку производить не позднее чем через 24 ч;

• замену поврежденных частей металлоконструкций производить теми же материалами, из которых изготовлены базовые детали;

• подогреть свариваемые кромки трещины перед сваркой до температуры 100—150 °С;

• сварку вести электродами с основным покрытием (фтористокальциевым) по свойствам не ниже Э50А;

• перед сваркой электроды просушивают при температуре 250—300 °С в течение 1,5 ч, содержание влаги не должно превышать 0,2 %;

• сварку вести на постоянном токе обратной полярности, величина тока не менее 85—95 % максимально допустимой величины для электродов принятого типа;

• сварку ответственных деталей со значительными размерами шва вести от середины к краям (возможно одновременно двумя сварщиками);

• при многослойной сварке применять методы горкой, каскадом и при большой протяженности шва — обратноступенчатый;

• подогрев сварных соединений производить электрическими нагревателями;

• если имеется доступ к корню шва, то после заварки его разделать и с соблюдением технологии заварить;

• если доступ к корню шва затруднен, то сварку вести на подкладках для полного провара корня и шва;

С учетом приведенных требований с предложенными выше рекомендациями по восстановлению различных типов металлоконструкций горно-транспортного оборудования разработаны и внедрены технологические карты восстановления и ремонта основных типов металлоконструкций горно-транспорт-ного оборудования, которые позволили значительно повысить их надежность и работоспособность

— Коротко об авторах -------------------------------------------------

Квагинидзе В.С. - доктор технических наук, профессор, ОАО ХК «Якутуголь»,

Корецкий В.Б. - кандидат технических наук, доцент, ТИ (Ф) ГОУ ВПО ЯГУ,

Чупейкина Н.Н. - кандидат технических наук, ОАО ХК «Якутуголь».

© В.С. Квагинидзе, В.Б. Корецкий, Н.Н. Чупейкина, 2007

УДК 621.879:622.271.4