В промышленном комплексе Украины более 70% уникального металлургического, горно-обогатительного, кузнечно-прессового и другого технологического оборудования изготовлено в 80-е годы ХХ столетия и эксплуатируется более 35 лет. Исчерпание назначенного срока службы, интенсивная эксплуатация, конструкторские и монтажные ошибки приводят к закономерному выходу из строя базовых деталей этих машин. Основной вид отказа – усталостное разрушение в наиболее нагруженных и несущих узлах со сложными сечениями и повышенной концентрацией напряжений. Общепризнано, что поддержание работоспособности металлоконструкций представляется возможным на основе использования сварочных технологий.
Как правило, базовые детали такого оборудования, работающего в условиях динамического нагружения, изготавливаются из литых углеродистых сталей (0,3-0,5% С) в литом или литосварном вариантах, из поковок в кованом или ковано-сварном вариантах. Это могут быть сварные металлоконструкции из толстолистового низколегированного проката повышенной или высокой прочности. Сложные базовые детали редукторов отливаются из конструкционных серых чугунов.
На основании многолетнего опыта и принимая во внимание такой спектр применяемых конструкционных материалов характеризующихся ограниченной или неудовлетворительной свариваемостью, накопленные необратимые структурные и механические макро и микроповреждения металла, связи в закреплениях, толщины стенок (40-350 мм), пространственные положения мест разрушения, утверждаем, что использование технологий изготовительной сварки в ремонтных целях не результативно и снижает шансы на восстановление работоспособности в проектном режиме хоть на какой-то прогнозируемый период времени.
Сегодня Институт предлагает научно-обоснованные разработки направленные на продление ресурса базовых деталей уникального оборудования. Ученые и специалисты Института оказывают услуги в разработке технических решений и технологических процессов в ремонтной сварке.
В рамках оказываемых услуг Институт командирует своих специалистов для оценки фактического состояния ремонтируемого объекта, установления причин отказа, осуществления неразрушающего контроля, отбора проб металла для комплексных исследований. Выполняет анализ состояния металла и конструкции в целом, дает заключение о ремонтопригодности базовой детали и только после этого разрабатывает технологический процесс его восстановления. Разработка технологических рекомендаций и процесса ремонтной сварки базируется на моделировании технических приемов выполнения восстановительных работ. При этом производится выбор наиболее оптимального, для каждого конкретного изделия и условий выполнения работ, способа удаления дефектов и формирования кромок сварного соединения, а также процесса сварки, сварочных материалов и метода неразрушающего контроля ремонтных соединений. С учетом этого разрабатывается технологический процесс проведения ремонта, производится обучение рабочего персонала и формируются специализированные ремонтные бригады. После выполнения ремонтных работ дается заключение о техническом состоянии восстановленной конструкции и рекомендации по ее обследованию при последующей эксплуатации. В процессе восстановления конструкции специалистами Института осуществляется авторский надзор за ходом выполнения ремонтных работ.
Затраты на восстановление базовых деталей не превышает 35% от их первоначальной стоимости. После ремонта оборудование может эксплуатироваться в проектном режиме. Характерные примеры ремонтов приведены ниже.
Усталостные трещины в элементах конструкции
Удаление трещин
Ремонтная сварка
В конусе при эксплуатации образовалось две усталостные трещины длиной 1200 и 450 мм, глубиной 180 и 60 мм
Удаление трещин
Восстановленный участок
Трещины в зубчатом венце
Удаление трещин
Ремонтная сварка
В процессе длительной эксплуатации между зубьями венца образовалось 10 трещин из которых 2-е сквозные, а остальные поразили сечение на 10 - 70%. Поперечные размеры венца – ширина 500 мм, толщина основания 100 мм, размер ребра 85?60 мм, высота зуба 80 мм.
Автосамосвал САТ 785С, грузоподъёмность 135т, срок эксплуатации 4 года
Вырезка поврежденной поперечной опоры
Усталостное разрушение центральной поперечной опоры рамы
Сварка соединений при вставке новой центральной поперечной опоры
Характерные повреждения станины пресса 10000тс
Усталостная трещина в корпусе гидро-цилиндра в месте подвода гидропривода - длина 120 мм при толщине металла 220 мм. При ремонте восстановлена целостность металла гидроцилиндра, его работоспособ-ность в проектном режиме.
Удаление трещины
Восстановленный узел
В ребре станины автомата, которое имеет толщину 120 мм, на участке его сопряжения с узлом крепления привода образовалась сквозная трещина длиной 350 мм.
Повреждение колеса – излом зуба. Вероятная причина – усталостное разрушение. Материал зубчатого колеса – сталь 35ХМЛ. Рабочие моменты представлены на рис.1-4.
Рис.1. Зубчатое колесо АО341-25-302 на ремонтной площадке
Рис.2. Механическая выборка трещин и подготовка разделок под сварку
Рис.3. Восстановление наплавкой нового зуба, механизированный способ в смеси газов
Рис.4. Капиллярный контроль качества места ремонта
а) трещина Т1
б) трещина Т3
Рис.1. Сквозные трещины на внешнем диске шкива с северной стороны, общая протяженность трещин более 5000 мм.
а) схема расположения дефектов
б) трещина Т9
в) трещина Т10
Рис.2. Сквозные трещины на внешнем диске шкива с южной стороны, общая протяженность трещин более 5000 мм.
а) схема расположения дефектов
б) характерные размеры трещин и дефектов литья на валу
Рис.3. Трещины на валу шкива в месте приварки конструктивных ребер жесткости и дефекты литья, расположенные вблизи галтелей.
а) с северной стороны
б) с южной стороны
Рис.4. Сквозные трещины на внутренних дисках шкива длиной 150-500 мм, общая протяженность трещин более 5000 мм.
а) трещина на валу шкива
б) трещина по образующему шву приварки внутреннего центрального диска
в) разветвление трещин на внутренних дисках (2 и более)
г) единичные сквозные трещины на внутренних дисках
Рис.5. Примеры дефектов на шкиве МК 4х8 (на 20.04.2012г.).
а) отремонтированный участок металла в месте расположения трещин Т9 и Т10 на внешнем диске с южной стороны шкива
б) отремонтированный участок металла в месте расположения трещин Т9 и Т14 на внешнем диске с южной стороны шкива
в) отремонтированный участок вала в месте расположения трещины
Рис.6. Примеры ремонтов элементов шкива с дефектами.
а) отремонтированный участок металла в месте трещины по образующему шву приварки внутреннего центрального диска шкива с северной стороны (трещина с переходом на основной металл диска и выходом на окна)
б) отремонтированный участок металла в месте трещины на валу и по образующему шву приварки внутреннего центрального диска шкива с южной стороны (ответвление на основной металл диска)
в) ремонт участка диска с разветвлением трещин методом вырезки поврежденного и вставки нового металла (сталь 09Г2С)
Рис.7. Примеры ремонтов элементов шкива с дефектами.
а) некоторые вырезанные участки металла дисков шкива с разветвлением трещин
б) установка дополнительных связующих ребер между внешним и внутренним диском
в) контроль качества мест выполнения ремонта (капиллярный, магнитопорошковый методы при контроле дисков, УЗК на валу шкива)
Пример 1. Ремонт средней части чугунного корпуса редуктора А-1100 главного привода эскалатора ЭМ-5.
Причина поломки – ошибка при монтаже, нештатная ситуация.
Принятое решение – ремонтная сварка по принципу изготовления лито-сварой конструкции, длина швов – более 5 м.
Пример 2. Ремонт основания редуктора главного привода эскалатора ЭТ30.
Причина поломки – раскрытие дефекта литья – рыхлости в результате нештатной ситуации.
Принятое решение - наплавка стенки в зоне рыхлости и заварка трещины, длина швов – более 3м.
Пример 3. Ремонт крышки и корпуса редуктора главного привода эскалатора ЭТ-4Б.
Причина поломки – трещины в посадочном месте подшипника, нештатная ситуация.
Принятое решение – заварка трещин, длина швов – более 3 м.
Пример 4. Ремонт чугунного корпуса редуктора малого привода эскалатора, используемого при экстренном или аварийном торможении.
Причина поломки – эксплуатационное разрушение контактной поверхности корпуса.
Принятое решение – замена стенки и утраченных элементов фланца на стальные вставки, длина швов – более 1,5 м.
Пример 5. Ремонт зубчатого колеса малого привода эскалатора.
Причина поломки – трещина в ступице, нештатная ситуация.
Принятое решение – заварка трещин, длина швов – более 1 м.
Пример 6. Восстановление работоспособности чугунных крышек редукторов ЦЗН-710 вагоноопрокидывателей типа ВРС.
Причина поломки – трещины эксплуатационного характера в зоне посадочных мест подшипников среднего вала, конструктивный недостаток, дефекты литья.
Принятое решение – заварка трещин и применение усиливающей двухслойной наплавки, длина швов более 5м.
Пример 7. Ремонт чугунной траверсы токарно-карусельного станка модели 1Л532.
Причина поломки – трещина по всему сечению траверсы из-за нештатной ситуации.
Принятое решение – заварка трещин, применение усиливающих элементов, длина швов более 3м.
Пример 8. Восстановление шеек чугунных прокатных валков чистовой клети стана 1700 на ПАО «ММК им. Ильича».
Причина поломки – повреждение шеек валков, разрушенной внутренней обоймой подшипника до исчерпания ресурса «бочки» валков.
Принятое решение – механическое удаление поврежденного слоя, наплавка. Прокатано 90тыс. т. металла до исчерпания ресурса «бочки».
Пример 9. Реставрация чугунного литья архитектурно-декоративных элементов перильного ограждения моста Коцебу в г. Одесса.