СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ТРЕЩИН, В ТОЛСТОСТЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЯХ
METHOD OF ELIMINATING DEFECTS, PRIMARILY, FRACTURES IN THIN-WALL STEEL PARTS

Область техники
Изобретение относится к способам устранения дефектов, преимущественно трещин, в толстостенных стальных конструкциях, выполненных из высокопрочных трудно свариваемых сплавов, например из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе.
Предшествующий уровень техники
Известен способ устранения дефектов в толстостенных конструкциях с трещиной, включающий операции удаления дефекта методом выборки металла, заплавления разделки сварочной проволокой и приварки к ремонтируемой поверхности набора отдельных пластин (авторское свидетельство СССР №1077160, МПК В23Р 6/04). Это техническое решение принимаем за аналог предлагаемого изобретения.
Однако данный способ неприменим к устранению трещин в конструкциях, изготовленных из высокопрочных и трудно свариваемых сплавов, из-за возникновения в результате приварки пластин трещин вокруг них, а также возможного изменения геометрии формы и веса конструкции, что недопустимо в изделиях специального назначения, например в ракетной технике.
В патенте РФ №2041041, МПК В23Р 6/04 изложен способ устранения трещиноподобных дефектов применительно к напряженным участкам конструкций, например таких, как сосуды давления или трубопроводы, выполненные из прочной стали марки К-60. Способ включает в себя предварительный подогрев дефектного участка, его удаление и заварку разделки сварочной проволокой. Предварительный подогрев дефектного участка в интервале температур 150-180°С способствует повышению сопротивляемости разрушению в результате возникновения трещин в процессе заварки дефекта. Получают ремонтный шов, равнопрочный основному металлу конструкции. Это техническое решение принимаем за аналог предлагаемого изобретения.
Однако известную технологию невозможно использовать при устранении трещиноподобных дефектов в конструкциях, выполненных из высокопрочных трудно свариваемых материалов, например из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, поскольку после подогрева локального дефектного участка возможно появление трещин, из-за резкого перепада температур в самой конструкции.
Прототипом предлагаемого технического решения является способ устранения дефектов, преимущественно трещин в толстостенных стальных конструкциях, включающий выборку дефектов, разделку дефектного места, нагрев конструкции и последующую заварку разделки аргонодуговой сваркой (см. справочник Н.В.Молодых, А.С.Зенкин «Восстановление деталей машин», Москва, Машиностроение, 1989 г., с.393-395).
Однако этот способ также неприменим к устранению трещин в конструкциях, изготовленных из высокопрочных и трудносвариваемых сплавов, т.к. он не предусматривает предварительную обработку места разделки перед аргонодуговой наплавкой. Это может привести к вторичному образованию трещин в конструкции.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения - создание такой технологии ремонта трещиноподобных дефектов в толстостенных стальных конструкциях, выполненных из высокопрочных и трудно свариваемых сплавов, которая обеспечила бы устранение указанных дефектов с получением прочного равномерно заваренного участка без вновь образуемых трещин в процессе заварки разделки дефекта.
Задача решена за счет того, что в способе устранения дефектов, преимущественно трещин, в толстостенных стальных конструкциях, включающем выборку дефектов, разделку дефектного места, нагрев конструкций, а также аргонодуговую ее заварку, а перед заваркой разделки выполняют методом наплавки облицовку разделки тонким слоем пластичного материала, близкого по химическому составу основному металлу, причем процесс проводят сначала по поверхности конструкции, примыкающей к разделке дефекта, а затем по всей поверхности облицованную разделку заваривают сварочной проволокой в импульсном режиме методом нанесения сварочных валиков.
Толстостенная конструкция выполнена из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе.
Подогрев всей конструкции осуществляют до температуры 150-200°С в защитной среде с последующей выдержкой в течение 30-40 минут.
Облицовку разделки выполняют тонким слоем толщиной до 1,0 мм.
Облицовку проводят при силе тока до 80 А и скорости наплавки 3-4 м/час.
При устранении дефекта с размером его участка менее 20 мм разделку заваривают сварочной проволокой, изготовленной из пластичного хромоникелевого сплава.
При устранении дефекта с размером его участка более 20 мм разделку заваривают сварочной проволокой, изготовленной из сплава, близкого по прочности основному металлу.
Заварку проводят при силе тока до 160 А и скорости наплавки 8-10 м/час.
Технический результат - полное устранение трещиноподобного дефекта с получением ремонтного шва, прочно соединенного с основным металлом.
Пример реализации предлагаемого технического решения
Устранению дефекта подлежит толстостенная стальная конструкция, выполненная из высокопрочного трудно свариваемого материала, а именно из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе. Выявленный на поверхности конструкции трещиноподобный дефект разделывают до полного его удаления, что подтверждается капиллярной дефектоскопией. Затем конструкцию помещают в печь и подогревают в течение длительного времени до температуры 150-200°С с последующей выдержкой при ней не более 30-40 мин. Нагрев осуществляют в среде защитного газа, например аргона. Продолжительный подогрев позволяет прогреть толстостенную конструкцию и тем самым уменьшить склонность к появлению в ней концентраторов напряжения при выполнении заварки разделки дефекта, а также позволяет очистить ее поверхность от газовых составляющих.
Далее на поверхности основного металла, граничащей с разделкой, осуществляют облицовку сварочными валиками методом наплавки тонким слоем толщиной до 1,0 мм пластичным гомогенным хромоникелевым сплавом. Используют мягкий импульсный режим наплавки, т.е. при силе тока до 80 А и скорости наплавки 3-4 м/час. Эта операция способствует предотвращению при заварке разделки возникновения трещин в зоне термического влияния на этой поверхности. Затем тем же сплавом и на том же режиме производят облицовку всей поверхности разделки таким же тонким слоем.
Облицовка пластичным сплавом разделки позволяет релаксировать напряжения в основном металле в процессе ее заварки.
Аргонодуговую заварку всего объема разделки хромоникелевым сплавом проводят также на импульсном режиме, причем ее заполнение ведут либо путем нанесения валиков с двух сторон разделки навстречу друг другу, либо обычным методом. При устранении дефекта с размером его участка менее 20 мм разделку заваривают сварочной проволокой, изготовленной из пластичного гомогенного хромоникелевого сплава, на том же режиме, что и при облицовке разделки. При устранении дефекта с размером его участка более 20 мм разделку заваривают сварочной проволокой, изготовленной из сплава, близкого по прочности основному металлу. Процесс проводят при силе тока до 160 А и скорости заварки 8-10 м/час.
При использовании указанной выше технологии ремонта трещиноподобных дефектов на толстостенных конструкциях были получены ремонтные швы, прочно связанные с основным металлом без наличия побочных дефектов.
При значительном размере ремонтного шва, в случае заварки разделки пластичным хромоникелевым сплавом, при эксплуатации конструкции возможно появление в зоне этого шва новых трещиноподобных дефектов, в связи с недостаточной прочностью сплава.
Промышленное применение
2
Предложенный способ может быть применен при ремонте дефектов в конструкциях, выполненных из сплавов с низкой пластичностью (δ<5%) и высокой прочностью (σ>120 кгс/мм).