Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой
Приведены результаты расчета формы разделки кромок и глубины провара при ремонте сквозных трещин в изделиях большой толщины многослойной электрошлаковой сваркой....
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102708 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой / С.М. Козулин // Автоматическая сварка. — 2011. — № 3 (695). — С. 41-45. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102708 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1027082016-06-13T03:03:52Z Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой Козулин, С.М. Производственный раздел Приведены результаты расчета формы разделки кромок и глубины провара при ремонте сквозных трещин в изделиях большой толщины многослойной электрошлаковой сваркой. The paper gives the results of calculation of the groove shape and penetration depth in repair of through-thickness cracks in thick products by multilayer electroslag welding. 2011 Article Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой / С.М. Козулин // Автоматическая сварка. — 2011. — № 3 (695). — С. 41-45. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102708 621.791.793 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Козулин, С.М. Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой Автоматическая сварка |
| description |
Приведены результаты расчета формы разделки кромок и глубины провара при ремонте сквозных трещин в
изделиях большой толщины многослойной электрошлаковой сваркой. |
| format |
Article |
| author |
Козулин, С.М. |
| author_facet |
Козулин, С.М. |
| author_sort |
Козулин, С.М. |
| title |
Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой |
| title_short |
Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой |
| title_full |
Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой |
| title_fullStr |
Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой |
| title_full_unstemmed |
Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой |
| title_sort |
выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных трещин многослойной электрошлаковой сваркой |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102708 |
| citation_txt |
Выбор формы разделки кромок при ремонте сквозных
трещин многослойной электрошлаковой сваркой / С.М. Козулин // Автоматическая сварка. — 2011. — № 3 (695). — С. 41-45. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kozulinsm vyborformyrazdelkikromokpriremonteskvoznyhtreŝinmnogoslojnojélektrošlakovojsvarkoj |
| first_indexed |
2025-07-07T12:44:31Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:44:31Z |
| _version_ |
1836992191319244800 |
| fulltext |
УДК 621.791.793
ВЫБОР ФОРМЫ РАЗДЕЛКИ КРОМОК ПРИ РЕМОНТЕ
СКВОЗНЫХ ТРЕЩИН МНОГОСЛОЙНОЙ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКОЙ
С. М. КОЗУЛИН, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведены результаты расчета формы разделки кромок и глубины провара при ремонте сквозных трещин в
изделиях большой толщины многослойной электрошлаковой сваркой.
К лю ч е в ы е с л о в а : многослойная электрошлаковая сварка,
углеродистые стали, бандаж цементной печи, сквозная тре-
щина, ремонт, форма разделки кромок, ширина зазора, глубина
провара, плавящийся мундштук, шаг отверстий
Применение электрошлаковой сварки (ЭШС) при
исправлении трещин в крупногабаритных, толс-
тостенных дорогостоящих деталях машин и аг-
регатов позволяет существенно сокращать сроки
выполнения ремонтных работ, продлевать ресурс
их эксплуатации, экономить средства и материалы
[1, 2]. Для ремонта разрушившихся деталей не-
посредственно на месте их эксплуатации и осо-
бенно в монтажных условиях применяют способ
многослойной электрошлаковой сварки (МЭШС),
который позволяет использовать несложное мо-
бильное малогабаритное оборудование и свароч-
ные источники питания малой мощности [3].
Трещину разделывают под сварку отдельными
участками (колодцами) путем сверления отверс-
тий диаметром 65…75 мм с шагом 80…90 мм [4].
Однако при ремонте сквозных трещин, имеющих
значительные ответвления, форму разделки кро-
мок и шаг завариваемых слоев необходимо оп-
ределять в зависимости от конфигурации и раз-
меров дефектов [5, 6]. Например, при ремонте
сквозных трещин в бандажах вращающихся об-
жиговых печей отклонения трещины от плоскости
поперечного сечения могут достигать 60…110 мм,
а от радиальной плоскости — 40…100 мм (рис. 1).
При этом размеры разрушившихся сечений сос-
тавляют (355…500)×(900…1350) мм. Качествен-
ная разделка таких дефектов путем сверления
сквозных отверстий [5] практически невыполни-
ма, поскольку не позволяет полностью удалить
дефектную область металла. Поэтому дефектный
участок с трещиной удаляют механическим спо-
собом или газокислородной резкой за счет двух
сквозных параллельных разрезов изделия. Рассто-
яние между плоскостями реза выбирают таким,
чтобы охватить всю область залегания трещины.
Затем в образовавшийся зазор на определенном
расстоянии устанавливают стальные пластины, с
помощью которых образуют отверстия прямоу-
гольной формы [6].
Оптимальная форма разделки кромок при
МЭШС должна обеспечивать устойчивое проте-
кание процесса, максимальную производитель-
ность ремонта, требуемую глубину и ширину про-
вара основного металла в завариваемом отвер-
стии; гарантированное сплавление слоев многос-
лойного шва; достижение максимального эффекта
автотермообработки каждого слоя теплом, выде-
ляющимся при наложении последующего слоя.
Расчет геометрических параметров разделки
проводили на основании данных, полученных эк-
спериментальным путем. ЭШС образцов толщиной
© С. М. Козулин, 2011
Рис. 1. Сквозные трещины в бандажах вращающихся цемен-
тных печей диаметром 5 м: а — отклонение трещины от
плоскости поперечного сечения бандажа; б — отклонение от
радиальной плоскости: 1 — бандаж; 2 — корпус печи; 3 —
опорный ролик; R1 — радиус поверхности катания бандажа
(R1 = 3050 мм); R2 — радиус опорного ролика (R2 = 450 мм)
3/2011 41
300…620 мм из сталей 35Л и 34Л-ЭШ выполняли
с использованием аппаратов А-645, А-1304, АШП
113М и источника питания переменного тока
ТШС-3000-3. Применяли электродные проволоки
диаметром 3 мм марок Св-08ГА, Св-10Г2 и флюс
АН-8М. Отверстия, образованные установкой
пластин из металлопроката, заваривали последова-
тельно двухэлектродным плавящимся мундштуком
на удельной погонной энергии qсв = 70…175
кДж/см2. Поперечные макрошлифы изготавливали
из темплетов, вырезанных из заваренных образцов
в плоскостях, перпендикулярных многослойному
сварному шву.
Опыт ремонтных работ показал, что наиболее
часто ширина разделки кромок под заварку сквоз-
ных трещин составляет 60…120 мм. Значительно
большая, чем при традиционной ЭШС, ширина
разделки кромок (сварочный зазор) вызвана не-
обходимостью полного удаления металла изделия,
попавшего в зону ответвления трещины.
Ширину завариваемого отверстия (колодца) Sк,
образуемого путем установки формирующих
пластин-проставок (перемычек), определяли как
функцию двух переменных из соотношения
Sк =
Fн
B ,
где Fн — площадь наплавленного металла; B —
ширина сварочного зазора.
Опытные данные, приведенные в работах [3,
4, 7–10], а также дополнительно проведенные эк-
сперименты по заварке прямоугольных отверстий
ЭШС плавящимся мундштуком показали, что
удовлетворительное сплавление основного метал-
ла и металла формирующих пластин-проставок
достигается при разделках, имеющих площадь по-
перечного сечения в диапазоне 2500…4500 мм2.
На рис. 2 приведен график оптимальных соот-
ношений ширины зазора B и ширины колодца
Sк при выполнении МЭШС двухэлектродным пла-
вящимся мундштуком.
Изучение поперечных макрошлифов образцов
с заваренными отверстиями МЭШС двухэлект-
родным плавящимся мундштуком показало, что
при отношении ширины разделки кромок B к ши-
рине завариваемого отверстия Sк в диапазоне
1,1…2,4 форма провара в поперечном сечении
приближается к эллипсу. На основании этого наб-
людения для расчета ожидаемой формы провара
при выполнении шва МЭШС составлена схема
(рис. 3), из которой видно, что для получения
качественного сплавления присадочного металла
с кромками основного металла необходимо оп-
тимизировать следующие параметры: локальную
ширину провара кромки основного металла в за-
вариваемом отверстии Sо; расстояние между ося-
ми завариваемых отверстий (шаг) t; ширину учас-
тка повторного проплавления кромки основного
металла в месте установки формирующей плас-
тины-проставки после наложения соседнего слоя
l.
Параметр Sо характеризует часть толщины
стыка, заваренной за один проход при выпол-
нении МЭШС.
Для расчета указанных выше параметров ис-
пользовали классическое уравнение эллипса [11],
позволяющее определить координаты точек M (x,
y) и N (x, –y) хорды, параллельной одному из
диаметров эллипса (рис. 3), откуда
y = √⎯⎯⎯⎯⎯⎛
⎜
⎝
1 – x
2
a2
⎞
⎟
⎠
b2 , (1)
где a, b — полуоси эллипса.
Рис. 2. Область оптимальных соотношений ширины зазора B
и ширины колодца Sк для выполнения МЭШС двухэлектрод-
ным плавящимся мундштуком: 1 — Fн = 2500; 2 — 3000; 3 —
3500; 4 — 4000; 5 — 4500 мм2
Рис. 3. Расчетная схема формы разделки кромок и провара
при МЭШС: 1 — тело изделия, подлежащего ремонту; 2 —
завариваемое отверстие; 3 — форма провара; 4 — перемычка
(e — ширина слоя многослойного шва; Sп — толщина фор-
мирующей пластины-проставки; Sс — толщина слоя многос-
лойного шва; остальные обозначения см. в тексте)
42 3/2011
С помощью выражения (1) определяли мини-
мально необходимую ширину провара кромки ос-
новного металла в завариваемом отверстии Sо для
заданной глубины провара основного металла h
(рис. 3).
Выразив искомую величину как Sо = 2y, а пара-
метры x, a и b значениями, указанными на рис. 3,
и проведя сокращения, получим
So = 2 √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
⎡
⎢
⎣
1 – B2
B2 + 4h(B + h)
⎤
⎥
⎦
⎛
⎜
⎝
Sк
2 + hп
⎞
⎟
⎠
2
,
(2)
где hп — глубина провара формирующей плас-
тины-проставки.
Для уменьшения переменных параметров в
формуле (2) на основании опытных данных пос-
троили график соотношения глубины провара ос-
новного металла и металла формирующей плас-
тины-проставки (рис. 4). Аппроксимированную
линию этого графика можно выразить линейной
функцией [12]
y = mx + c, (3)
где m — угловой коэффициент, рав-
ный tg α; c = 13 мм.
Подставив значения m и c, взятые
из рис. 4, в уравнение (3) и заменив
переменные значениями провара, по-
лучим выражение, характеризующее
взаимосвязь глубины провара основ-
ного металла и металла формирую-
щих пластин-проставок:
hп = 0,577h + 13. (4)
Подставив выражение (4) в (2),
получим минимально необходимую
локальную ширину провара кромки
основного металла в завариваемом
отверстии.
Шаг завариваемых отверстий t
(см. рис. 3) должен обеспечивать га-
рантированное сплавление слоев многослойного
шва (рис. 5). Для этого ширина участка повтор-
ного проплавления кромки основного металла l
(см. рис. 3) теоретически должна иметь положи-
тельное значение (выше нуля). Для практических
расчетов, учитывая возникающие в процессе свар-
ки допустимые колебания параметров режима, это
значение должно составлять не менее 5…8 мм.
Необходимое значение шага t определяли из
схемы разделки кромок с ожидаемой формой про-
вара (рис. 6), из которой следует, что искомое
значение можно выразить через предполагаемую
ширину провара кромки основного металла Sо:
t = Sк + Sп = Sо.
Для гарантированного сплавления слоев мно-
гослойного шва должно соблюдаться неравенство
t < Sо.
Рис. 4. Соотношение глубины провара основного металла h и
металла формирующей пластины-проставки hп при выпол-
нении МЭШС плавящимся мундштуком
Рис. 5. Поперечный макрошлиф фрагмента многослойного
электрошлакового шва с дефектами: 1 — свариваемые детали
образца; 2 — формирующая пластина-проставка; 3 — слои
шва
Рис. 6. Схема разделки кромок и ожидаемой формы провара при выполнении
МЭШС плавящимся мундштуком: а — l = 0; б — l > 0; 1 — тело изделия,
подлежащего ремонту; 2 — завариваемое отверстие; 3 — формирующая плас-
тина-проставка; 4 — изотерма плавления; t1, t2 — расстояния между осями
завариваемых отверстий (шаг)
3/2011 43
Для того чтобы учесть указанное выше тре-
буемое значение l, величину t можно выразить
следующим образом:
t = kSо, (5)
где k = 0,85…0,95.
Подставив выражение (2) в (5), получим
t = 2k √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
⎡
⎢
⎣
1 – B2
B2 + 4h(B + h)
⎤
⎥
⎦
⎛
⎜
⎝
Sк
2 + 0,577h + 13
⎞
⎟
⎠
2
.
(6)
Это выражение при выборе размеров и формы
разделки кромок под МЭШС позволяет опреде-
лять требуемый шаг завариваемых отверстий.
Экспериментальную проверку расчетных значе-
ний осуществляли путем проведения инструмен-
тальных замеров указанных выше параметров на
сканированных фотографиях поперечных макрош-
лифов (рис. 7). Измерения проводили с помощью
компьютерной программы «KOMPAS-3D V8».
Результаты расчетов и замеров геометрических
параметров зоны проплавления сведены в таблицу.
Сравнительная оценка расчетных и фактичес-
ких параметров формы и глубины провара сва-
риваемых кромок показала следующее:
расчетные формы провара удовлетворительно
совпадают с фактическими формами проплавле-
ния основного металла и формирующих пластин-
проставок. Отклонение фактической линии сплав-
ления от расчетной отмечается лишь в замыка-
ющих (на краю стыка) слоях многослойного элек-
трошлакового шва, что вызвано влиянием крае-
вого эффекта [13];
фактические значения параметров зоны проп-
лавления отличаются от расчетных не более чем
на 10 %, что приемлемо для инженерных расче-
тов. При этом фактические значения глубины про-
вара h, локальной ширины провара кромки ос-
новного металла Sо и ширины участка повторного
проплавления кромок основного металла l нес-
колько превышают значения этих параметров, по-
лученных расчетным путем, что позволяет обес-
печить гарантированное сплавление слоев мно-
гослойного шва для выбранной формы разделки
кромок.
Таким образом, предложенная методика поз-
воляет рассчитывать формы разделок кромок, при
которых обеспечивается гарантированное сплав-
ление слоев швов, выполненных МЭШС.
1. Электрошлаковая сварка и наплавка / Под ред. Б. Е. Па-
тона. — М.: Машиностроение, 1980. — 511 с.
2. Электрошлаковая сварка и наплавка в ремонтных работах /
И. И. Сущук-Слюсаренко, И. И. Лычко, М. Г. Козулин,
В. М. Семенов. — Киев: Наук. думка, 1989. — 112 с.
3. Сущук-Слюсаренко И. И. Электрошлаковая сварка и нап-
лавка. — М.: ВИНИТИ, 1977. — 81 с. — (Итоги науки и
техники; Сер. Сварка. — Т. 9).
Результаты расчетных и экспериментальных значений
формы разделки и глубины провара при МЭШС плавя-
щимся мундштуком
B,
мм
Sк,
мм
h,
мм
Номер
слоя шва
Расчетные значения, мм
2a 2b Sо t l
60 50 15
3
90 93,4 69,9 66,4 3,5
4
70 45 30
5
130 105,62 89,0 75,65 13,35
3
Окончание таблицы
Фактические значения, мм
h e (2a) Sc (2b) Sо t l
15,0...17,5
16,25 90 98 76,0...77,0
76,5 74 3,4...4,2
3,8
24 108 — —
28...32
30 127 112,0 91,0
73 14,0...15,5
14,7528,5...37,5
33 140 109,0 91,0...98,0
94,5
Рис. 7. Поперечный макрошлиф фрагмента многослойного
электрошлакового шва: 1 — свариваемые детали образца;
2 — форма разделки кромок под МЭШС; 3 — формирующее
водоохлаждаемое устройство; 4 — расчетная форма линии
(зоны) сплавления; 5 — слой шва; 6 — формирующая плас-
тина-проставка
44 3/2011
4. Сущук-Слюсаренко И. И., Вергела А. Г., Шевченко Н. Т.
Электрошлаковая заварка трещин // Автомат. сварка. —
1969. — № 4. — С. 72–73.
5. Козулин С. М., Лычко И. И., Козулин М. Г. Методы вос-
становления бандажей вращающихся печей (Обзор) //
Там же. — 2007. — № 10. — С. 40–48.
6. Козулин С. М., Лычко И. И., Козулин М. Г. Повышение
сопротивляемости сварных швов образованию кристал-
лизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых
печей электрошлаковой сваркой // Там же. — 2010. —
№ 1. — С. 41–43.
7. Irausch R., Huttenes K., Becken O. Instandsetzung eines
gebrochenen Hammerbaеren mit Hilfe des Kanalschweiβ−
verfahrens // Reinstahl-Technik. — 1969. — № 3. —
S. 124–133.
8. Электрошлаковая сварка крестообразных соединений /
И. И. Сущук-Слюсаренко, И. М. Коваль, Л. С. Черкаши-
на и др. — Киев, 1974. — [4] с. (Информ. письмо / АН
УССР. Ин-т электросварки им. Е. О. Патона; № 68/905).
9. Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И. Техника выпол-
нения электрошлаковой сварки. — Киев: Наук. думка,
1974. — 95 с.
10. Фильченков Д. И., Мошников С. В., Козулин М. Г. Исп-
равление дефектов литья с помощью электрошлаковой
сварки // Свароч. пр-во. — 1977. — № 11. — С. 48–49.
11. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по мате-
матике / Под ред. Г. Гроше и В. Циглера. — М.:
Физматлит, 1980. — 976 с.
12. Выгодский М. Я. Справочник по элементарной математике.
— М.: Гостехтеориздат, 1957. — 412 с.
13. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке.
— М.: Машгиз, 1951. — 296 с.
The paper gives the results of calculation of the groove shape and penetration depth in repair of through-thickness cracks
in thick products by multilayer electroslag welding.
Поступила в редакцию 02.11.2010
РАЗРАБОТАНО В ИЭС
Технология восстановления деталей авиационной техники
методом детонационного напыления
В ИЭС им. Е. О. Патона разработана установка для детонационного напыления «Перун-С»
и технология нанесения покрытий для защиты деталей от износа и коррозии, для восстановления
деталей машин и оборудования в различных отраслях промышленности — авиа-, авто- и тур-
бостроении, энергетике, нефтехимии и др.
Детонационное напыление обеспечивает получение покрытий с прочностью сцепления до
100...150 МПа при пористости менее 1 %. Одной из основных областей применения детонационного
напыления является упрочнение новых и ремонт после износа различных деталей и узлов
авиационной техники, в частности, упрочнение контактных поверхностей бандажных полок ло-
паток, лопаток компрессора, топливных форсунок и др.
Результатом применения детонационных покрытий, содержащих карбиды вольфрама и хрома,
является повышение срока службы изделий в 7...12 раз. Накоплен опыт использования дето-
национных покрытий при восстановлении: корпуса II и III ступени газовой турбины авиационного
двигателя, крышки III опоры двигателя вертолета, проставки КВД авиационного двигателя, соп-
лового аппарата II ступени, турбины двигателя вертолета, антивибрационных полок лопаток АГТД.
Одним из примеров служит восстановление изно-
шенной поверхности монорельса закрылки ИЛ-76
после его эксплуатации с одновременным сущес-
твенным повышением его износостойкости путем
напыления покрытия из порошка механической
смеси 35 % WC + 65 % Ni–Cr–B–Si (микротвер-
дость слоя 10500 МПа).
Назначение и области применения: повы-
шение износо-, жаро-, коррозионной стойкости,
упрочнение или восстановление после износа
различного типа деталей машин, таких как детали
и узлы авиационной техники, судовая арматура,
штоки гидроцилиндров, подающие ролики сва-
рочных автоматов, узлы и деталей нефтепере-
качивающих агрегатов, магнитозаписывающие
устройства, торцевые кольца уплотнения горных
машин и др.
Контакты: 03680, Украина, Киев-150, ул. Боженко, 11
Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, отд. № 73
тел.: (38044) 289 21 71, 289 86 87; факс: (38044) 289 21 71
3/2011 45
|