Способ устранения дефектов, преимущественно трещин, в толстостенных стальных деталях

Изобретение относится к способу устранения дефектов преимущественно в толстостенных стальных конструкциях, выполненных из высокопрочных трудно свариваемых сплавов, например из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе. Технический результат - полное устранение дефекта с получением ремонтного шва, прочно соединенного с основным металлом. После выявления и разделки дефекта в конструкции ее нагревают до температуры 150-200°С, а затем разделку облицовывают тонким слоем пластичного хромоникелевого сплава, включая поверхность конструкции, прилегающей к разделке. Далее ее заваривают или тем же сплавом, что и при облицовке, или сплавом, близким по прочности основному металлу в зависимости от размера дефекта. 2 з.п. ф-лы.

 

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

Предложенный способ может быть применен при ремонте дефектов в конструкциях, выполненных из сплавов с низкой пластичностью (δ<5%) и высокой прочностью (σ>120 кгс/мм²).

1. Способ устранения дефектов, преимущественно трещин, в толстостенных стальных конструкциях, включающий выборку дефекта, разделку дефектного места, нагрев конструкции и аргонодуговую заварку разделки, при этом перед заваркой разделки выполняют облицовку поверхности конструкции, примыкающей к разделке дефекта, и облицовку разделки путем наплавки слоя пластичного материала толщиной до 1 мм, близкого по химическому составу металлу конструкции, при силе тока до 80 А и скорости наплавки 3-4 м/ч, причем при устранении дефекта с размером менее 20 мм заварку разделки осуществляют сварочной проволокой из пластичного гомогенного хромоникелевого сплава на том же режиме, что и при облицовке разделки, а при устранении дефекта с размером более 20 мм - сварочной проволокой из сплава, близкого по прочности металлу конструкции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толстостенная стальная конструкция выполнена из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев конструкции осуществляют до температуры 150-200°С в защитной среде с последующей выдержкой 30-40 мин.