УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РЕМОНТА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при ремонте сварных швов, литья, проката. Часто в процессе неразрушающих методов контроля в металлоконструкциях обнаруживают скрытые дефекты металлургического происхождения (поры, шлаковые включения, трещины), которые приводят к потере герметичности, понижению прочности и др. Иногда дефекты образуются в результате ошибочной механической обработки (срез резьбы, ошибочное высверливание и др.).
Известен способ исправления дефектов металлоконструкций, включающий разделку дефектного места и устройство, выполненное в виде вставки из сплава, близкого по химическому составу с основным металлом, и устанавливаемое в разделанное место, локальный нагрев и заполнение разделки расплавленным металлом (патент RU №2204467, публ. 20.05.2003).
В данном способе заварку дефектного места вместе со вставкой осуществляют электродуговой сваркой.
Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является технологическая сложность при ремонте сварных швов из легких сплавов, значительные размеры сварочной ванны, зоны термического влияния и, следовательно, вероятности появления новых усадочных дефектов. По этой причине в нормативной документации ограничивают допустимое количество подварок.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство, показанное в способе для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, выполненное в виде стержня из сплава, близкого по химическому составу с основным металлом и по форме и размерам поперечного сечения соответствующего разделке дефектного места, и технологических накладок (патент RU №2532577, публ. 10.09.2014), Длина стержня в данном случае не превышает толщину ремонтируемой конструкции в месте разделки дефектного места. Стержень устройства плотно устанавливают в указанную разделку, с двух сторон металлоконструкции устанавливают технологические накладки и осуществляют локальный нагрев методом контактной точечной сварки с перекрытием литым ядром границы между поверхностями стержня и основного металла.
Недостатком указанного устройства, использованного в способе для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, является трудность установки электродов точно по оси стержня (вставки), который по длине не выходит за пределы разделки ремонтируемой металлоконструкции, особенно в случае установки технологических накладок, размер которых может значительно превышать размеры разделки и диаметр электродов. Значительное отклонение от соосности стержня и электродов может вызвать смещение литого ядра сварной точки за пределы стержня, что в свою очередь приведет к разгерметизации конструкции и снижению прочности.
Полезная модель направлена на достижения технического результата, заключающегося в повышении точности установки электродов по оси устройства и, соответственно, качества осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, так как высокая вероятность совмещения осей электродов и стержня позволит в процессе точечной сварки перекрыть литым ядром границы между поверхностями стержня (вставки) и основного металла и обеспечить герметичность и прочность конструкции.
Предлагаемое устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, как и указанное наиболее близкое к нему известное устройство из патента №2532577, выполнено в виде стержня из сплава, близкого по химическому составу с материалом ремонтируемой металлоконструкции и по форме и размерам поперечного сечения соответствующего разделке дефектного места, и технологических накладок.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве каждая из технологических накладок представляет собой шайбу, центральное отверстие которой соответствует форме и размерам поперечного сечения стержня, а внешний диаметр превышает диаметр электродов на 15-20%, при этом длина указанного стержня превышает сумму толщин ремонтируемой металлоконструкции и двух шайб. Также в предлагаемом устройстве одна из шайб может быть выполнена заодно со стержнем, конец которого выступает над плоскостью шайбы, кроме того шайбы могут быть выполнены из материала, отличного от материала стержня.
Предлагаемое устройство за счет выполнения двух шайб, монтирующихся на стержень и имеющее длину стержня, превышающую сумму толщин ремонтируемой металлоконструкции и двух шайб позволяет повысить вероятность совмещения осей электродов и стержня устройства, что в свою очередь, позволит в процессе точечной сварки перекрыть литым ядром границы между поверхностями стержня и основного металла и обеспечить герметичность и прочность конструкции. Возможно выполнение одной из шайб заодно со стержнем, конец которого выступает над плоскостью шайбы. Такой вариант удобен при использовании устройства при ремонте конструкции с трудным доступом к месту разделки (например, внутренняя поверхность баков). В тех случаях, когда в конструкции изделия шайбы использовать нельзя, их делают из материала с более высокой тепло и электропроводностью, например из меди, которые после проведения точечной сварки удаляют.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 - изображено устройство, в виде стержня с двумя шайбами, установленное в разделку дефектного места, с подведенными к нему электродами.
На фиг. 2 - изображено устройство, в виде стержня с выполненной заодно с ним одной из шайб, установленное в разделку дефектного места, с подведенными к нему электродами.
На фиг. 3 - изображена металлоконструкция после проведения ремонта точечной сваркой с помощью устройства в виде стержня с двумя шайбами.
На фиг. 4 - изображена металлоконструкция после проведения ремонта точечной сваркой с помощью устройства в виде стержня с выполненной заодно с ним одной из шайб.
На фиг. 5 - изображен один из вариантов дефекта в сварном соединении.
Предлагаемое устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки представляет собой стержень 1 и две шайбы 2. Стержень 1 выполнен из сплава, близкого по химическому составу с материалом ремонтируемой металлоконструкции 3. Стержень 1 по форме и размерам поперечного сечения соответствует разделке 4 дефектного места ремонтируемой металлоконструкции 3, длина стержня 1 превышает сумму толщин металлоконструкции 3 и шайб 2, монтируемых на стержень 1 после установки его в разделку 4 дефектного места металлоконструкции 3. Стержень 1 может иметь в сечении разную форму: круга, треугольника, прямоугольника и т.д. в зависимости от вида и величины дефекта 5, а также размеров ремонтируемой конструкции 3 в месте дефекта 5 (например, если это узкая пластина, то разделка под цилиндрический стержень может разрушить пластину, выйдя за ее пределы), но в пределах диаметра ядра 6 сварочной точки, при этом осевой размер стержня 1 несколько превышает общую толщину пакета, состоящего из основного материала 3 и двух шайб 2 (примерно 10…15%). Величина выступания стержня 1 над поверхностью шайбы 2 зависит от параметров технологического процесса (марки материала, его толщины, сварочного тока, усилия прижима электродов и т.д.). Диаметр каждой шайбы 2 превышает диаметр электродов 7. Выполнение шайб 2 с наружным диаметром, превышающим диаметр сварочных электродов 7, необходимо для того, чтобы исключить возможную щелевую коррозию при формировании сварочного ядра 6. Это превышение составляет порядка 15…20%. Большее увеличение наружного диаметра шайбы 2 нецелесообразно, т.к. это приводит к необоснованному увеличению габаритов шайбы 2. Кроме того, в устройстве одна из шайб 2 может быть выполнена заодно со стержнем 1, с отступом от его конца (фиг. 2). Также, в тех случаях, когда в конструкции изделия 3 шайбы 2 использовать нельзя, их делают из материала с более высокой тепло и электропроводностью, например из меди, которые после проведения точечной сварки удаляют.
Устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки работает следующим образом.
При обнаружении скрытого дефекта 5 (см. фиг. 5), например, в сварном шве, производят определение координат дефекта 5 и зачистку контактных площадок 8 со стороны усиления и проплава сварного шва (показаны пунктирными линиями). Затем производят рентгеновское просвечивание, чтобы убедиться, что дефект 5 остался в металле шва. После этого производят механическую разделку 4 дефектного места, высверливая дефект 5 (поверхность разделки 4 показана пунктиром на фиг. 5). В полученное отверстие 4 (разделку) плотно устанавливают стержень 1, выполненный из аналогичного по химическому составу металла и соответствующего по форме и размерам отверстию 4. На стержень 1 монтируют шайбы 2 (см. фиг. 1). Шайбы 2 с выступающими над ними концами стержня 1, являются ориентиром для установки электродов 7 соосно со стержнем 1 и шунтирующим элементом (роль которого выполняют шайбы 2), повышающим равномерность плотности электрического тока по сечению сварочного соединения (см. фиг. 1 и 2). При подаче импульса тока стержень 1 размякает, более плотно прилегает к внутренней поверхности разделки 4 металлоконструкции 3, таким образом, формируется ядро 6 сварочной точки. Иногда для ускорения исправления дефекта, особенно в труднодоступных местах (например, внутренняя поверхность бака), и точной ориентации электродов 7 по отношению к стержню 1, последний, выполняется заодно с шайбой 2 на его конце и с выходом конца стержня 1 за поверхность указанной шайбы 2 (см. фиг. 2). Выступающий конец стержня 1 в данном случае выполняет роль ориентира для электродов 7. Выступающая часть стержня 1, кроме всего прочего, увеличивает прочность сварного шва в области проведения точечной электросварки (ТЭС). При проведении сварочной операции в области дефекта 5 за счет усилия прижима электродов 7 происходит продавливание свариваемого материала (возможен даже выплеск некоторого объема металла), что приводит к образованию вмятины и снижению прочности сварного шва в этом месте. За счет расплавления выступающей части стержня 1 происходит заполнение вмятины расплавленным металлом в объеме, равном выступающей части стержня 1, увеличивая прочность сварного соединения.
После точной ориентации электродов 7 по отношению к стержню 1 осуществляют контактную точечную сварку, пропуская импульс сварочного тока через электроды 7, в результате чего образуется ядро 6 литого металла, которое перекрывает границу между поверхностями стержня 1 и ремонтируемой металлоконструкции 3 (фиг. 3 и 4). При этом обеспечивается герметичность и прочность конструкции 3. При необходимости шайбы 2 после точечной сварки механически удаляют.
В тех случаях, когда в конструкции изделия шайбы 2 использовать нельзя их делают из материала с более высокой тепло и электропроводностью, например из меди, которые после проведения точечной сварки удаляют, так как они не вступают в реакцию с основным металлом.
Высокая точность установки электродов по оси устройства, наличие шайб, не мешающих обеспечить высокую соосность и обеспечивающих формирование размеров и геометрии литого ядра, позволяют, в конечном итоге, повысить качество осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки и обеспечить герметичность и прочность конструкции.
Предложенное устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки позволит существенно снизить затраты на ремонт металлоконструкций, особенно сварных соединений легких сплавов, отличающихся высокими значениями коэффициента линейного термического расширения, т.к. объем литого металла и энергоемкость процесса при осуществлении контактной точечной сварки значительно меньше, чем при аргонодуговой сварке, после которой зачастую возникают новые дефекты взамен исправленных. При этом повышается качество ремонта за счет локализации зоны термического влияния при точечной электросварке, стабильность результатов точечной электросварки по сравнению с аргонодуговой сваркой, понижение сварочных напряжений.
Предложенное устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки может найти применение в ракетно-космической и авиационной промышленности, а также в других отраслях, где требуется сварочный ремонт тонкостенных конструкций.