Результат интеллектуальной деятельности: Способ ремонта отливок с применением дуговой сварки

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам ремонта отливок, в частности к способам заварки с применением электродуговой сварки дефектов отливок корпусных деталей насосов и/или трубопроводной арматуры, выполненных из низкоуглеродистых и/или низколегированных сталей.

Уровень техники

Известен способ исправления дефектов на отливках из жаропрочных высоколегированных сплавов на никелевой основе. При осуществлении данного способа выявляют дефектные участки и проводят их механическую выборку чашеобразной формы. В выборке располагают мерную пластинку из сплава, близкого по химическому составу с основным металлом. На мерной пластинке зажигают дугу и плавят. Пластинку подбирают из условия заполнения жидким металлом механической выборки при ее полном расплавлении. Заварку механической выборки осуществляют неплавящимся электродом в среде защитных газов. Давлением столба дуги разгоняют жидкий металл пластинки по поверхности выборки. В зону дуги подают присадочный материал, однородный с основным металлом, и образуют сварочные ванны малого объема (патент RU 2204467, опубл. 20.05.2003; МПК В23Р 6/00).

Недостатком данного способа является отсутствие требований к выбору параметров термического цикла сварки. Чтобы обеспечить требуемые механические свойства в зонах сварного соединения необходимо ограничивать величину минимального и максимального тепловложения. Это ограничение тем жестче, чем больше размеры завариваемого дефекта. Заварка дефекта приводит к появлению значительных сварочных деформаций, что приводит к образованию горячих (полиганизационных) трещин. Напряжения, возникающие при остывании неравномерно нагретого металла, концентрируются в металле шва, что приводит к потере пластичности и трещинообразованию.

Известен способ устранения дефектов, преимущественно трещин, в толстостенных стальных конструкциях, который включает в себя выборку дефектов, разделку дефектного места, нагрев конструкций, а также аргонодуговую ее заварку, при этом перед заваркой разделки выполняют облицовку разделки тонким слоем пластичного материала, близкого по химическому составу основному металлу. 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 (патент RU 2368481, опубл. 27.09.2009; МПК В23Р 6/00).

Недостатком данного способа является то, что аргонодуговая сварка не обеспечивает равномерность механических свойств по сечению наплавленного металла, а тонкий слой наплавленного металла не оказывает существенного влияния на параметры трещиностойкости в зоне сплавления наплавленного металла с основным металлом.

Известен способ исправления дефектов на деталях в виде тонкостенных отливок из жаропрочных сплавов. Способ включает выявление и механическую выборку дефекта, последующую заварку последней присадочным металлом с помощью неплавящегося вольфрамового электрода в среде защитных газов. Выборку на детали выполняют в виде сквозного цилиндрического или конического отверстия с диаметром в основании выборки, равным от 1,3 до 2,0 максимального линейного размера дефекта и не менее 5,0 мм. Коническое отверстие в выборке выполняют со скосом кромки не более 15°. Заварку выборки на детали осуществляют на подложке из жаропрочного сплава, содержащего упрочняющую Y-фазу не более 5,0%. В результате повышается качество заварки дефектов (патент RU 2351449, опубл. 10.04.2009; МПК В23Р 6/04, В23К 1/19).

Недостатком данного способа является нестабильность механических свойств в объеме наплавленного металла, что может приводить к образованию холодных трещин.

Известен способ исправления дефектов на отливках из жаропрочных высоколегированных сплавов на никелевой основе, при котором на отливках выявляют дефектный участок, который имеет поверхностную микропористость, и осуществляют горячее газостатическое уплотнение отливок. Дефектный участок подвергают пескоструйной обработке, затем на него наносят покрытие толщиной не менее 200-300 мкм, близкое по химическому составу к материалу отливки. Далее в вакууме проводят термическую обработку отливки при температуре ниже температуры гомогенизации сплава отливки. В результате реализации способа обеспечивается исправление дефектных участков с поверхностной микропористостью на отливках лопаток газотурбинных двигателей (патент RU 2303506 C2, опубл. 27.07.2007, МПК В23Р 6/04).

Недостатком данного способа является возможность ремонтировать только мелкие дефекты (объемом до 8 мм³), расположенные компактно. Технология не предназначена для ремонта дефектов средних и крупных размеров (свыше 100 мм³).

Также известен способ ремонта дефектов стальных сосудов давления, включающий удаление дефекта, разделку кромок и электродуговую наплавку металла. Перед удалением дефекта производят предварительный подогрев ремонтируемого участка, а разделку кромок осуществляют таким образом, чтобы ее ширина увеличивалась от корневой части к наружной поверхности по приведенному закону (патент RU №2041041 С1, опубл. 08.09.1995, МПК В23Р /04).

Недостатки известного способа заключаются в низкой стойкости сварного соединения к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении наплавленного металла заварки дефекта с высоким металлургическим качеством, высокими вязкостными и пластическими свойствами.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении ресурса работы отремонтированных насосов и/или трубопроводной арматуры за счет повышения сопротивляемости трещинообразованию наплавленного металла в заварке дефекта.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ ремонта отливок с применением дуговой сварки характеризуется тем, что осуществляют разделку кромок под сварку на ремонтируемом дефекте, удаление дефектного участка отливки, предварительный подогрев по контуру ремонтируемого дефекта на ширину не менее 250 мм в диапазоне температур от 150 до 250°С, наложение окантовочных валиков по контуру ремонтируемого дефекта, наложение промежуточного слоя из двухслойной наплавки толщиной от 3 до 5 мм, механические свойства которой по критериям временного сопротивления разрыву на 20-30% ниже основного металла и относительного удлинения на 20-30% выше основного металла ремонтируемой отливки и наплавленного металла, наложение сварных валиков с перекрытием не более 50% с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми сварными валиками в диапазоне температур от 150 до 250°С, наложение облицовочных валиков по контуру ремонтируемого дефекта, формирующих наплавленный пояс общей шириной не более 25 мм, охлаждение сварного соединения.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения разделку кромок под сварку производят под углом 25-70°.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения охлаждение сварного соединения осуществляют со скоростью 25-40°С в час до температуры 15-30°С путем наложения теплоизолирующего пояса.

Данное изобретение применяется для ремонта дефектов литья при изготовлении корпусных деталей насосов и/или трубопроводной арматуры с объемом дефекта не менее 2000 см³.

Способ ремонта отливок с применением дуговой сварки поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана схема наложения окантовочных валиков перед нанесением промежуточной двухслойной наплавки.

На фиг. 2 показана схема нанесения промежуточного слоя двухслойной наплавки перед нанесением заполняющих слоев ремонтной наплавки.

На фиг. 3 показана схема нанесения заполняющих и облицовочных слоев ремонтной наплавки;

Проведенные научно-исследовательские работы в ООО «НИИ Транснефть» и дочерними предприятиями компании ОАО «АК «Транснефть», а также заводские испытания при изготовлении отливок показали, что обеспечивается получение наплавленного металла с высоким металлургическим качеством, высокими вязкостными и пластическими свойствами, оптимальной структурой наплавленного металла высокой стойкостью к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов для корпусных отливок из сталей с временным сопротивлением разрыву от 410 до 590 МПа с толщиной стенки от 10 до 100 мм. Основными параметрами, определяющими качество заварки дефекта, являются: равнопрочность металла наплавки с основным металлом; отсутствие горячих и холодных трещин на линии сплавления наплавленного металла с основным металлом; отсутствие трещин на окантовочном слое по контуру ремонтируемого дефекта на поверхности отливки; отсутствие в зоне термического влияния закалочных структур мартенситного и бейнитного классов, склонных к образованию трещин; отсутствие дефектов сварки (трещин, пор, шлаковых включений) в основном металле под окантовочным слоем, удаляемым после окончания выполнения ремонтных работ.

Способ ремонта отливок 1 с применением дуговой сварки из сталей с временным сопротивлением разрыву от 410 до 590 МПа с контролируемым тепловложением при заварке дефекта характеризуется следующим образом.

Предварительно осуществляют разделку кромок под сварку на ремонтируемом дефекте под углом 25-70°, обеспечивающим удобство работы сварочным инструментом в разделке, и удаляют дефектный участок отливки.

Далее осуществляют предварительный подогрев по контуру ремонтируемого дефекта на ширине не менее 250 мм в диапазоне температур от 150 до 250°С, что обеспечивает снижение скорости охлаждения, влияющей на структуру и остаточное напряжение в сварном соединении.

Производят наложение окантовочных валиков 2, что обеспечивает отсутствие сварочных дефектов на линии сплавления основного металла с металлом наплавки. Образующиеся дефекты вместе с наплавкой удаляются абразивным способом.

Далее наносят промежуточный слой 3 из двухслойной наплавки толщиной от 3 до 5 мм, механические свойства которой по критериям временного сопротивления разрыву на 20-30% ниже основного металла и относительного удлинения на 20-30% выше основного металла отливки и сварных слоев наплавленного металла, что обеспечивает создание подложки, исключающей образование при нанесении сварных валиков подваликовых трещин. Кроме того, промежуточная наплавка исключает возможность образования трещин между сварными слоями и основным металлом отливки.

Далее наносят сварные валики 4 таким образом, что последующий валик перекрывает предыдущий на 30-50%, что обеспечивает создание сварного соединения, не требующего дополнительной термической обработки. При нанесении сварных валиков осуществляют выдержку межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва от 150 до 250°С для снижения скорости охлаждения, влияющей на структуру и остаточное напряжение в сварном соединении.

Поверх сварных валиков 4 по контуру ремонтируемого дефекта накладывают облицовочные 5 валики, формирующие наплавленный пояс общей шириной не более 25 мм, что создает более качественное заполнение наплавленным металлом зоны дефекта и тем самым исключается образование концентраторов напряжения, влияющих на трещинобразование зоны наплавки металла. Далее сварное соединение охлаждают со скоростью 25-40°С в час до температуры 15-30°С путем наложения теплоизолирующего пояса, обеспечивающего охлаждение сварного соединения Предлагаемый способ ремонта отливок с применением дуговой сварки позволяет получить наплавленный металл с высоким металлургическим качеством, высокими вязкостными и пластическими свойствами, оптимальной структурой наплавленного металла, высокой стойкостью к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов.

Сварка выполняется электродами типа Э50А, Э60 по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75 или механизированной сваркой проволокой сплошного сечения по ГОСТ 2246-70 в среде защитных газов или смесях по ГОСТ 8050-85, ГОСТ 10157-79.

С целью определения работоспособности конструкции и ее оптимальных характеристик были проведены натурные опытные работы в производственных условиях при температурах окружающего воздуха в диапазоне от плюс 5 до плюс 20°С включительно. Отливка диаметром 1100 мм из стали 20ГЛ с толщиной стенки 100 мм из стали класса прочности К25 с дефектом литья объемом 2000 см³ была отремонтирована в заводских условиях. Неразрушающий контроль показал отсутствие дефектов сварочного происхождения, а также механических повреждений и трещин.

В результате были установлены параметры технологии сварки, указанные в таблице 1.

Применение предложенного способа обеспечивает: получение равнопрочного наплавленного металла с высоким металлургическим качеством и высокими вязкостными и пластическими свойствами, что повышает его сопротивляемость к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов.