Подготовка дефектных мест под сварку и наплавку

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

«Составление технологической карты на ремонт корпуса»

Цель работы: а) уметь выбирать способы исправления дефектов корпуса

б) уметь составлять технологическую карту ремонта

 

Теоретическая часть

Виды дефектов

В процессе эксплуатации корпусов сосудов и аппаратов появ­ляются следующие характерные дефекты:

а) трещины всех видов и направлений в сварных швах, на­плавках, околошовной зоне, основном металле и плакирующем слое;

б) коррозионные поражения основного металла, плакирую­щего слоя, сварных швов и наплавок в виде сплошной равно­мерной или неравномерной коррозии; локальной коррозии (яз­вы, питтинги и т. п.); расслоений или вздутий под поверхно­стью металла; межкристаллитной коррозии;

в) эрозионный износ;

г) гофры, вмятины, выпучины и другие деформации.

Способ исправления дефектных участков корпусов выбира­ют с учетом следующих факторов: природы дефекта (трещины, коррозионное растрескивание, эрозионный износ и т. д.); кон­струкции корпуса (наличие приварных внутренних устройств в местах дефектов и т. д.); материального оформления корпуса (одно- или двухслойная сталь); экономической целесообразно­сти метода исправления (наплавка, заварка, замена дефектно­го участка).

 

 

Рис. 1. Расположение трещин на корпусе:

а — вдоль сварного шва; б — по двум пересекающимся сварным швам; в — по одному из пересекающихся сварных швов; г — по сварному шву с выходом на основной металл; д — по основному металлу внеоколошовной зоны; е — на пересекающихся сварных швах с выходом на основной металл; ж — поперек сварного шва; и — поперечная с выходом на основной металл; к — по сварному шву с выходом в околошовную зону параллельно шву; л — в околошовной зоне, параллельная сварному шву; м — гнездообразные тре­щины.

 

Перед ремонтом корпусов уточняют величину дефекта и гра­ницы дефектных участков по одному из методов, указанных в табл.1.

 

Таблица 1-Виды контроля

 

 

Метод	Вид дефекта
Визуально-оптический	Вмятины, гофры и другие деформации корпуса; коррозия поверхности корпуса; эрозионный износ; трещины
Ультразвуковой ГОСТ 14782	Трещины в металле шва и околошовной зоне; трещины в основном металле; рас­слоение металла, в том числе отслоение плакирующего слоя; трещина стенки в ме­стах контроля и т. д.
Капиллярный ГОСТ 23349	Трещины сварного шва, околошовной зоны и основного металла, выходящие на по­верхность, в частности межкристаллитная коррозия; коррозионное (щелочное) рас­трескивание
Рентгеноконтроль	Внутренние дефекты сварных соединений и основного металла; зоны поражения кор­розией

 

В зависимости от вида и размеров дефектов применяют в основном два способа их исправления:

заварку или наплавку дефектного участка;

замену дефектного участка (установку «латки», смену листа, обечайки, днища ).

Трещины вида а-д (рис.1) в корпусах сосудов и аппара­тов исправляют после соответствующей подготовки заваркой.

В корпусах, не подвергшихся после изготовления термооб­работке, и в монтажных швах исправлению путем вырезки де­фектного участка и установки «латки» подлежат следующие дефекты:

а) трещины, после исправления которых получается кресто­образный шов.

б) трещины по сварному шву с распространением в около­
шовную зону вдоль шва на расстоянии менее 100 м от него (к);

в) трещины в" околошовной зоне, распространяющиеся вдоль
шва на расстоянии менее l00 мм от него (л);

г) гнездообразные трещины (м).

В корпусах, которые после изготовления подвергались тер­мообработке, трещины вида е, ж, и, к, л исправляют после соот­ветствующей подготовки заваркой с последующей термообра­боткой.

Появившиеся в корпусе сосудов и аппаратов коррозию и эрозию стенок, отслоение плакирующего слоя ремонтируют на­плавко й дефектных мест в следующих случаях:

а) если сумма площадей дефектных участков не превышает 20% площади рабочей поверхности корпуса;

в) если площадь одного дефектного участка составляет не более 500 см²;

в) если глубина дефекта не превышает 30% фактической
толщины стенки корпуса;

г) если расстояние между подготовленными к наплавке участками не менее трехкратной фактической толщины стенки корпуса, но не менее 100 мм;

д) если отсутствует склонность металла корпуса к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Если эти условия невыполнимы, дефектный участок необхо­димо вырезать и на его место вварить вставку.

Отдельные очаги коррозии и эрозии исправляют заплавкой.

Подготовка дефектных мест под сварку и наплавку

Работы на внутренней и наружной поверхностях корпусов и аппаратов проводят после разборки внутренних устройств и снятия теплоизоляции в зоне дефекта. Демонтаж устройств, приваренных к корпусу, производится огневым способом (газо­пламенной резкой, воздушно-дуговой резкой и т. п.). На корпу­сах из углеродистой стали при толщине стенки более 36 мм и из легированной стали при демонтаже устройств огневым спо­собом рекомендуется оставлять выступы высотой не менее 15 мм.

Поверхность дефектного участка и прилегающей зоны (ши­риной не менее 50 мм на сторону) следует очистить от анти­коррозионных покрытий, ржавчины, окалины и других загряз­нений.

Подготовку дефектных мест под сварку или наплавку про­водят как механическим, так и огневым способом, удаляя ми­нимальное количество металла с целью уменьшения остаточ­ных напряжений и объема сварочных работ.

Дефекты корпусов из углеродистых и низколегированных (типа 16ГС) сталей удаляют механическим и газопламенным способами.

Дефекты корпусов из хромомолибденовых теплостойких сталей удаляют механическим способом. Допускается удале­ние дефектов огневым способом с последующими зачисткой по­верхности на глубину не менее 1,0 мм и контролем неразрушающими методами на отсутствие трещин. При огневом способе необходим местный подогрев до температуры 200—250 °С. До­пускается вырезка дефектов и без предварительного подогрева. В этом случае предусматривают припуск 4—5 мм на механи­ческую обработку. Припуск удаляют шлифовальным кругом или фрезерованием с последующим контролем на отсутствие трещин.

Дефекты корпусов из двухслойных сталей удаляют в основ­ном механическим способом. Удаление дефектов газопламен­ной резкой допускается только со стороны основного слоя. При необходимости вырезки дефекта со стороны плакирующе­го слоя в нем предварительно прорубают канавку по ширине разделки, через которую вырезают основной слой обычным способом. При этом поверхность слоя следует предохранять от брызг металла.

В корпусах из двухслойной стали с основным углеродистым слоем из сталей марок Ст. 3, 16ГС, 09Г2С, 20К допускается вы­резка дефектов воздушно-дуговой резкой (РВД) при отсутст­вии требований стойкости плакирующего слоя к межкристаллитной коррозии (МКК). При наличии этих требований РВД можно применять только в отдельных случаях в виде исклю­чения при условии обязательной последующей обработки всей поверхности резки шлифовальным кругом (или другим мето­дом) на глубину не менее 0,8 мм для снятия поверхностного слоя с повышенным содержанием углерода.

После удаления дефектов и зачистки поверхности проверя­ют полноту удаления дефекта одним из указанных выше мето­дов.

Подготовку кромок под сварку или наплавку проводят лю­бым способом механической обработки. Допускается примене­ние огневого способа. Подготовленная поверхность не должна иметь острых углов и заусенцев.

После удаления дефектов и подготовки кромок под сварку или наплавку огневым способом поверхность необходимо зачи­стить механическим способом на глубину 1,0 мм.

Перед началом сварки следует проверить качество подго­товки и сборки свариваемых элементов, т. е. состояние стыкуе­мых кромок и прилегающих к ним поверхностей.

Смещение кромок листов в стыковых соединениях, опреде­ляющих прочность сосуда, должно быть не более 10% номи­нальной толщины более тонкого листа, но не более 3 мм.

Смещение кромок в кольцевых швах при толщине листов до 20 мм не должно превышать 10% номинальной толщины более тонкого листа плюс 1 мм, а при толщине листов свыше 20 мм— 15% номинальной толщины более тонкого листа,

Но не более 5 мм.

 

Рис.2 Соединение листов разной толщины:

a - l 4 (); б- l ()

Рис.3. Виды соединений:

а, б — в продольных швах; в, г — в кольцевых швах.

Смещение кромок в соединениях из двухслойной стали не должно превышать 10% номинальной толщины более тонкого элемента, но не более 3 мм со стороны основного слоя и не бо­лее 50% толщины плакирующего слоя.

При сварке элементов разной толщины необходимо пред­усмотреть плавный переход от одного элемента к другому по­степенным утонением более толстого элемента. Угол скоса кро­мок (рис.2) должен быть не более 15° (уклон 1:4). В случае двухслойной стали скос выполняют со стороны основного слоя.

Допускаются стыковые швы без предварительного утонения толстой стенки, если разность между толщинами соединяемых элементов не превышает 30% от толщины более тонкого эле­мента, но не свыше 5 мм.

Совместный увод кромок в продольных и кольцевых швах (угловатость) не должен превышать 10% толщины листа плюс 3 мм, но не более 5 мм, т. е. /^0,15+3 мм<5 мм.

Угловатость продольных швов (рис. 3, а, б) определяют по шаблону, длина которого по хорде равна радиуса обе­чайки. Угловатость кольцевых швов (рис. 3, в, г) определяют линейкой длиной не менее 200 мм.

При сборке допускается подгонка шлифовальной машин­кой, путем вырезки, подвальцовки и т. п.

Для ремонта корпусов сосудов и аппаратов следует приме­нять материал той же марки, из которой изготовлен корпус. Для изготовления корпусов и их элементов допускается при­менение и других материалов, указанных в ОСТ 26-291—79 и «Правилах»*. При этом по химическому составу, механическим свойствам и условиям применения материал должен быть не хуже заменяемого и иметь сертификат.

Для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегирован­ных сталей применяют электроды по ГОСТ 9466. Верхний температурный предел эксплуатации свар­ных соединений, выполненных указанными электродами, дол­жен соответствовать данным ОСТ 26-291 на материалы. Нижний температурный предел эксплуатации должен быть не ниже температуры, указанной в сертификате на партию элект­родов.

Допускается применение электродов для сварки изделий при температуре эксплуатации ниже указанной в сертификате в случае положительных контрольных испытаний в соответствии с требованиями ОСТ 29-291—79.

Для сварки легированных однослойных и двухслойных ста­лей, а также для сварки разнородных сталей рекомендуется применять электроды, типы и марки которых приведены в табл. 1. Допускается применение электродов других марок при условии обеспечения требований, предъявляемых к исход­ной марке. В случае отсутствия сертификата электроды долж­ны быть испытаны в соответствии с ГОСТ 9466—75 или ТУ на их поставку.

Сварку углеродистых и низколегированных сталей при тол­щине стенки более 36 мм, а также легированных сталей, неза­висимо от толщины стенки, проводят с предварительным и со­путствующим подогревом в соответствии с табл. 2.

Сварочные работы при ремонте корпусов сосудов и аппара­тов из углеродистых и легированных сталей выполняют при положительной температуре окружающего воздуха. Допуска­ются сварочные работы при отрицательных температурах, не ниже указанных в табл. 3. В случае низких отрицательных температур необходимо создать в зоне сварки микроклимат (с применением палатки или других устройств) для обеспече­ния температуры, удовлетворяющей требованиям табл. 3.

При ремонте корпусов сосудов и аппаратов на открытой площадке сварщик, а также место сварки должны быть защи­щены от непосредственного воздействия дождя, ветра и снега.

При понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимой процесс сварки не должен быть прекращен до пол­ного заполнения разделки. Одновременно необходимо принять меры для подогрева зоны сварки.

Ремонт корпусов

Ремонт корпусов аппаратов выполняют ручной электродуговой сваркой (наплавкой), а также автоматической и полуавтома­тической сваркой при обеспечении условий производства и ка­чества сварного соединения согласно ОСТ 26-291, РТМ 26-27, РТМ 26-168, РТМ 26-320.

При ремонте корпусов сварные швы должны обеспечивать требуемую прочность и быть доступными для контроля. В го­ризонтальных сосудах и аппаратах, нижняя часть которых ма­ло доступна для осмотра, продольные сварные швы не реко­мендуется располагать в нижней части корпуса в пределах центрального угла, равного 140°.

Сварные швы должны располагаться вне опор корпуса. При попадании сварного шва на опору он должен быть проверен в объеме 100% ультразвуковым или радиационным методом кон­троля на отсутствие дефектов.

Допускается пересечение сварных швов, выполняемых авто­матической или электрошлаковой сваркой при ремонте корпу­сов сосудов и аппаратов, работающих при давлении до 1,6 МПа и температуре до 400°С, при условии 100%-ного просвечива­ния или ультразвуковой дефектоскопии мест пересечения швов.

Перед ремонтной сваркой или наплавкой производят конт­роль подготовленной поверхности на отсутствие дефектов.

При установке на корпусах «латок», замене листов, обеча­ек и днищ подготовку кромок под сварку рекомендуется про­водить согласно требованиям чертежа (паспорта) на корпус или по типу соединений, приведенных в ГОСТ 5264

При выборе других типов соединений рекомендуется делать V-образную подготовку кромок при толщине стенки 30 мм и менее и Х-образную — при толщине не более 30 мм.

При многослойной ремонтной сварке рекомендуются четыре способа выполнения ниточных швов «на проход» по всей дли­не: последовательное наложение каждого слоя при толщине свариваемого металла до 20 мм; способ «горка», «каскадный» способ, обратноступенчатый.

Три последних способа применяют при сварке металла тол­щиной более 20 мм. При многослойной сварке особенно тща­тельно следует выполнить первый слой в корне шва, так как провар корня определяет прочность всего многослойного шва. Однопроходную сварку стыковых коротких швов длиной 250—300 мм выполняют «на проход», средних швов длиной 300—1000 мм — от середины к концам или обратноступенчатым способом, длинных швов длиной более 1000 мм — обратно-ступенчатым способом. Длину ступени при сварке обратноступенчатым способом принимают равной 200—250 мм.

Число проходов в одном слое шва по ширине следует при­нимать с учетом ширины разделки: при ширине менее 12 мм слои рекомендуется выполнять в один проход, при увеличении ширины число проходов, выполняемых ниточными швами, со­ответственно увеличивается.

Последовательность наложения проходов по сечению шва устанавливают с учетом технологической последовательности сборки и сварки. Наиболее рациональная последовательность при V-образной и Х-образной разделке приведена на рис.5.

При двухсторонней сварке стыковых швов сначала удаляют корень первого шва, а затем выполняют шов с обратной сто­роны.

В двухслойных сталях в первую очередь сваривают основ­ной слой, а затем плакирующий. При сварке основного слоя недопустимо перемешивание металла шва, выполняемого ма­лоуглеродистыми электродами, с высоколегированным метал­лом коррозионностойкого слоя, так как это приводит к появ­лению трещин.

При ремонте сваркой и наплавкой сосудов и аппаратов, ра­ботающих в водородсодержащих средах, подготовленные под сварку кромки рекомендуется подогреть до 400 °С (для удале­ния водорода), а затем охладить до температуры, при которой рекомендуется проводить сварку.

Ремонт дефектных участков наплавкой проводят в два и более слоев. Первый слой рекомендуется выполнять валиками, расположенными перпендикулярно оси корпуса; каждый после­дующий слой должен перекрывать предыдущий на ширины.

Наплавку плакирующего покрытия двухслойной стали можно проводить в один или в два слоя. Для меньшего рас­плавления основного металла наплавку плакирующего слоя следует вести короткой дугой при минимальном токе. Кратеры необходимо тщательно заплавлять. Однослойную наплавку в один проход выполняют в том случае, когда к наплавленному металлу не предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии; наплавку в два слоя выполняют в случае, если такие требования предъявляются. При этом пер­вый слой является переходным.

При ремонтной сварке или наплавке корпусов сосудов и ап­паратов из углеродистых и легированных сталей сварочный ток рекомендуется выбирать по табл. 4, а температуру предварительного и сопутствующего подогрева (в случае необходимо­сти) — по табл. 2. При сварке высоколегированных аустенитных сталей типа Х18Н10Т и Х17Н13М2Т перед наложением последующего шва предыдущий рекомендуется охладить до температуры ниже 100 °С.

Прихватку стыков электродами диаметром 3 мм выполняют сварщики, осуществляющие весь процесс сварки. Каждую при­хватку необходимо проконтролировать путем внешнего осмот­ра. К качеству прихваток предъявляют те же требования, что и к качеству основного шва. Дефектные прихватки полностью удаляют механическим способом (шлифовальным кругом). Вновь выполненные прихватки контролируют осмотром.

При сварке стыков, собранных на прихватах, особенно тща­тельно следует выполнять корень шва.

В связи с тем, что прихватки являются очагами возможных дефектов (трещин, пор и т. п.), необходимо обеспечить полный переплав металла прихваток и зоны основного металла вокруг прихваток. Для этого подбирают соответствующее сечение при­хваток, либо удаляют излишнюю часть металла прихваток ме­ханическим способом (шлифовальным кругом).

Таблица 2 Рекомендуемая величина сварочного тока

Вид работ	Диаметр электрода, мм	Сварочный ток, А, при положении шва
горизон­тальном	вертикаль­ном	потолоч­ном
Ручная дуговая сварка углеродистыми, низколе­гированными и легиро­ванным электродами Ручная дуговая наплавка легированных сталей	2,5	80—100 130—160 170-200 210—240 30—50 40—70 60—80 120—140 140—160	60—80 100—130 140—160 180—210 25—40 35—60 55-75 80—120 -	70—90 120—140 150—170 - 25—40 35—60 55—75 80—120 -

 

Исправление трещин, коррозии и эрозии.

 

Дефектное места следует зачистить металлической щеткой и шлифовальной ма­шинкой на расстоянии не менее 50 мм на сторону. Концы тре­щин засверлить сверлом d = 6—12 мм на 2—3 мм более глуби­ны трещины. Выбрать дефект до полного удаления и подгото­вить кромки под сварку. При этом трещины глубиной до S корпуса выбирают до получения V-образных кромок под углом 50—60°; трещины глубиной более S и сквозные выбирают до получения V-образных или Х-образных кромок в зависимости от толщины стенки корпуса; участки, пораженные коррозией, эрозией и с расслоением металла, удаляют с учетом обеспече­ния полного провара во всех местах.

В корпусах из двухслойных сталей протравить подготовлен­ные под заварку кромки раствором медного купороса для оп­ределения границ основного и плакирующего слоев.

Заварить подготовленную поверхность. При этом однослой­ный металл варить на 3—5 мм выше поверхности корпуса; в корпусах из двухслойного металла заварить основной слой, не доходя до плакирующего 2—3 мм; плакирующий слой варить на 2—3 мм выше поверхности корпуса.

Необходимость в термической обработке и режимы обра­ботки определяют в зависимости от материала и толщины стен­ки корпуса.

Исправленное место зачищают шлифовальной машинкой за­подлицо с поверхностью корпуса. Качество сварного соедине­ния следует проконтролировать одним из неразрушающих ме­тодов контроля.