Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте
24 июля 2018             

Авторы: А.О. ТОКАРЕВ, доктор техн. наук, доцент; И.Г. МИРОНЕНКО, доктор техн. наук, доцент; Е.С. ФЕДОТОВА, аспирант; Л.Д. МАКАГОН, ст. преподаватель (СГУВТ, г. Новосибирск)Токарев А.О. – 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, д. 33 Сибирский государственный университет водного транспорта,e-mail: aot51@ngs.ru
 

Введение

 
Сварочно-наплавочные работы являются одним из самых распространенных способов изготовления и ремонта деталей на речном флоте и других видах транспорта, а также в строительстве, сельском хозяйстве, горно-металлургической промышленности и других видах монтажных и ремонтно-восстановительных работ. При этом сварочное производство – весьма ответственный технологический процесс, требует высокой квалификации исполнителя и строгой технологической дисциплины. Несоблюдение технологии наплавки и сварки часто приводит к последующему аварийному повреждению сваренных или восстановленных наплавкой деталей.
 
Целью данной работы явилось исследование характерных видов повреждений деталей судовой техники, изготовленных с применением сварочных технологий, а также восстановленных методами наплавки при судоремонте, для определения типичных причин, вызывающих аварии и их предупреждение.
 

Материалы и методики исследований

 
Анализ выполнялся на гребных валах, претерпевших аварийное разрушение при эксплуатации. Для выявления внутренних дефектов типа несплошностей применялась ультразвуковая дефектоскопия. Для поиска зон концентрации напряжений (ЗКН), вызванных искажением кристаллической решётки материала сварного шва, был использован метод магнитной памяти металла (ММП-контроль) ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009 (Общие требования) и ГОСТ Р ИСО 24497-3-2009 (Контроль сварных соединений). Методика исследований достаточно подробно описана в работе [1].
 
В обнаруженных местах зон концентрации напряжений (ЗКН) вырезали образцы для микроструктурных исследований. Структуру выявляли травлением 5% раствором азотной кислоты в спирте.
 

Результаты и обсуждение

 
При исследовании обстоятельств систематических поломок вертикальных валов винто-рулевых колонок судов типа «Балтфлот» было установлено, что местом возникновения микротрещин являются зоны непровара в корне сварного шва. В местах зон концентрации напряжений, определённых с помощью магнитограмм, были обнаружены такие дефекты как: непровары, микротрещины, поры, шлаковые включения. В зоне термического влияния сварного шва в материале шлицевых втулок валов (сталь 42ХМ) обнаружены участки с мартенситной закалочной структурой. Микротрещины возникают в процессе эксплуатации вала в местах несплавления материала сварного шва. Распространению трещин способствует закалочная структура, полученная в результате сварки без подогрева.
 
Гребной вал теплохода «Волго-Нефть 142», диаметром 210 мм вышел из строя вследствие усталостного повреждения в первую навигацию после его восстановления методом электродуговой наплавки. Усталостная трещина, разрушившая вал, прошла по посадочной конической части вала, распложенной под полумуфтой. При микроструктурных исследованиях в плоскость шлифа, вырезанного по прилегающему к трещине сечению, закономерно попал край заваренной при ремонте шпоночной канавки. Строение стали в зоне термического влияния ЗТВ сварного шва представляет собой продукт распада мартенсита. Мартенсит, структура закалки, образовался при наплавке первого слоя в результате ускоренного охлаждения. Высокая скорость охлаждения была вызвана интенсивным теплоотводом в объём холодного металла основы. То есть, в нарушение технологии наплавка производилась на холодный вал без его предварительного подогрева. Как следствие, возникшие при закалке структурные напряжения, а также закалочные микротрещины инициировали развитие усталостных трещин от краёв заваренной шпоночной канавки [2].
 
Разрушение гребного вала правого борта на теплоходе «Кварцит» началось с образования усталостной трещины от продольной зарубки на поверхности галтели сопряжения шейки и тела вала. Микроструктурными исследованиями подтверждается, что местом образования трещины является край наплавленного металла носовой облицовки, на котором обнаружены дефекты сварки в виде наплыва металла и разрозненных флюсовых включений. Развитие усталостной трещины вызвало увеличение механических напряжений в сохранившемся сечении и возникновение ещё одной усталостной трещины от необработанного края наплавки облицовки, показанного в таблице.
 
Отслаиванию наплавленного металла с поверхности зубьев венца механизма поворота портального крана «Альбатрос» способствовало не полное соответствие рабочей поверхности, полученное при обработке ручным абразивным инструментом, эвольвентному профилю зуба. Подогрева зубьев венца перед наплавкой не производилось, либо его температура была недостаточной, отдельной заключительной термообработки для снятия закалочных и термических напряжений также не производилось. В результате этого сталь 50Г и сварочный шов в зоне их контакта получили хрупкие закалочные структуры. По этим участкам легко распространялись трещины между основным и наплавленным металлом.
 
Таблица
Развитие усталостной трещины
Наружный вид Макроструктура Микроструктура
Вертикальный вал винторулевой колонки судна типа «Балтфлот»
Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте alt
Гребной вал теплохода «Волго-нефть 142»
Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте
Гребной вал теплохода «Кварцит»
Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте
Зубчатый венец механизма поворота портального крана «Альбатрос»
Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте
Вал-проставка теплохода «Волгонефть-152»
Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте Анализ эффективности сварочно-наплавочных работ в судоремонте
 
Излом вала – проставки судна «Волго-Нефть 152» произошел в его средней части. Местом возникновения усталостной трещины явился наплавленный сварочный шов. Выполнение этого небольшого фрагмента наплавки технической документацией не предусмотрено. Как показали микроструктурные исследования, эти короткие, 20-35 мм длиной, участки наплавленных швов имеют многочисленные дефекты сварки: кратеры в начале и конце швов, подрезы, наплывы, поры, непровар. Шов, который непосредственно явился местом начала усталостного разрушения, имел горячую трещину. Наплавленные участки являются следствием воздействия, так называемой по ГОСТ 30242-97, случайной дуги. И именно многочисленные дефекты, недопустимые по Правилам Российского Речного Регистра [3], привнесённые случайной дугой, явились причиной возникновения и развития усталостных трещин.
 

Выводы

 
Причиной всех расследованных аварий явилось отклонение режимов сварки при изготовлении и наплавке валов от оптимального. Особого внимания требует выбор и соблюдение технологических параметров при сварке и наплавке сталей с ограниченной и плохой свариваемостью, являющихся материалом для изготовления гребных валов, баллеров и других ответственных деталей судовой техники. Необходимость подогревать детали для сварки и выполнять последующий отжиг для снятия внутренних термических и структурных повреждений усложняет и удорожает технологию. Особые сложности организации технологии возникают при ремонте крупногабаритных изделий. Высокие требования предъявляются к квалификации сварщика.
 
Альтернативой технологии наплавки является напыление защитных и износостойких покрытий на рабочие поверхности деталей различных машин и механизмов. исключая операцию последующего оплавления. Применение усовершенствованных плазмотронов (генераторов термической плазмы) для напыления порошковых материалов, разработанных в ИТПМ СО РАН совместно со СГУВТ, позволяет формировать покрытия с уникальными свойствами, не требующими операции их оплавления [4-8].
 
 
Список литературы
1. Токарев А.О., Мироненко И.Г., Федотова Е.С. Причина и профилактика отказов сварных баллеров винт-рулевых колонок // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2017. – Т. 4, № 4. – С. 74–83.
2. Токарев А.О., Иванчик И.С., Иванчик С.Н. Анализ условий обеспечения жизненного цикла деталей судовой техники // Речной транспорт (XXI век). – 2011. – № 3. – С. 78–79.
3. Российский Речной Регистр. Правила. В 5 т. Т. 2. – М., 2015. – 437 с.
4. Плазменное напыление порошковых покрытий при газодинамической фокусировке дисперсной фазы / В.И. Кузьмин, Е.В. Картаев, Д.В. Сергачев, Е.Е. Корниенко, А.О. Токарев, Е.Ю. Лапушкина // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2014. – № 1. – С. 482–488.
5. Токарев А.О., Кузьмин В.И., Малыгина Я.К. Повышение качества металлического порошкового покрытия при плазменном напылении с кольцевой инжекцией порошка // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2016. – № 3. – С. 370–377.
6. Плазменное напыление покрытия на лопасти гребных винтов речных судов для защиты от кавитационного и гидроабразивного износа / В.И. Кузьмин, А.О. Токарев, С.В. Титов, Е.С. Федотова, С.В. Павлушкин // Речной транспорт (XXI век). – 2017. – № 1. (81). – С. 58–60.
7. Защита от кавитационного и гидроабразивного изнашивания поверхности плазменно-напылёнными покрытиями // А.О. Токарев, В.И. Кузьмин, Е.С. Федотова, Я.К. Малыгина, А.И. Сохранич // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2017. – № 1–2. – С. 118–125.
8. Equipment and technologies of air-plasma spraying of functional coatings / V. Kuzmin, I. Gulyaev, D. Sergachev, S. Vaschenko, E. Kornienko, A. Tokarev // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01052.
 
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 2. 2017 Инновационные технологии в машиностроении

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru