Ремонтная сварка: как заварить трещину, чтобы она не вернулась
Ремонтный шов сложнее исходного. Разделка сидит в жёсткой детали, марка стали часто неизвестна, а причина трещины никуда не делась. Ниже — порядок работы с трещиной в стали, чугуне или алюминии; вставки вместо прогнивших участков и наплавку изношенных поверхностей описывает страница ремонт и восстановление.
Короткий ответ
Ремонтная сварка — это полное удаление дефекта и замена его здоровым наплавленным металлом в условиях не хуже, чем у исходного шва. Для трещины: найти настоящие концы капиллярным (PT) или магнитопорошковым (MT) контролем, засверлить сразу за ними отверстия 3–4 мм, выбрать шлифовкой или строжкой разделку V или U до здорового металла, снова проверить разделку, подогреть до значения из калькулятора подогрева (S355J2, 20 мм, низководородная присадка: 75 °C), варить короткими участками от концов к середине, держать межслойную температуру между температурой подогрева и 250 °C и снова проконтролировать ремонт — на закаливающихся сталях не раньше чем через 24–48 ч после сварки.
Ремонт трещины по шагам
- Определить материал и причину. Марку и углеродный эквивалент — по сертификату или анализу (калькулятор CE и CET), причину — по месту и времени появления трещины: горячая, холодная или усталостная. Трещина, причина которой осталась, возвращается на то же место.
- Найти концы. Зачистить поверхность до чистого металла: видимый конец редко бывает настоящим. PT (ISO 3452-1) работает на любом металле, MT (ISO 17638) — только на ферромагнитной стали, зато показывает и трещины сразу под поверхностью. Концы отметить кернером.
- Засверлить концы: 3–4 мм сразу за каждым концом, чтобы вершина ушла со стружкой, а не осталась в металле. Отверстия входят в разделку и завариваются вместе с ней.
- Выбрать до здорового металла. Шлифовка или воздушно-дуговая строжка на всю длину и глубину трещины. Разделка V или U с закруглённым дном, раскрытая так, чтобы электрод доставал до дна, — около 60° для ручной дуговой, 50–60° для MAG, как у нового стыкового шва; концы выводить на поверхность пологим скосом. Сквозная трещина получает полноценную разделку с притуплением и зазором (подготовка кромок). После строжки поверхность зачистить до чистого металла.
- Проверить разделку. PT или MT по чистой разделке. Любая индикация — шлифовать глубже и проверять снова. Записать длину и глубину выборки: они нужны и для документа, и для расчёта присадки.
- Подогреть. Значение — из калькулятора, а не по привычке. Ремонтную разделку держит вся деталь, она защемлена сильнее исходного шва, так что расчётное значение — это минимум. Прогреть широкую полосу и проверить термокарандашом с обеих сторон разделки. Время охлаждения проверяет калькулятор t8/5.
- Варить по плану. Низководородная присадка, основные электроды прокалены по таблице прокалки электродов. Сначала отверстия и концы, затем короткие участки к середине; ниточные валики слой за слоем, шлак с каждого убран, каждый кратер заполнен.
- Держать межслойную температуру. Не ниже температуры подогрева и не выше примерно 250 °C для обычной конструкционной стали — это верхнее значение использует и калькулятор подогрева. Аустенитная нержавейка — ниже примерно 150 °C, алюминий серии 6xxx — ниже примерно 120 °C.
- Проконтролировать готовый ремонт. Сначала визуальный осмотр, затем PT или MT по шву и металлу вокруг, на толстых сечениях — УЗК на внутренние дефекты. На сталях с высоким углеродным эквивалентом финальный контроль не раньше чем через 24–48 ч после сварки: холодным трещинам нужно время. Приёмка — как у исходного шва, а трещины не допускаются ни на одном уровне качества ISO 5817.
- Задокументировать. Где, какой длины и глубины; контроль до и после; измеренные подогрев и межслойная; присадка, сварщик, WPS.
Подогрев при ремонте: значения из калькулятора
Несколько марок и толщин, посчитанных формулой калькулятора. Водород весит столько же, сколько толщина: у S355J2 толщиной 20 мм переход с HD 4 на HD 12 (рутиловый электрод) поднимает подогрев с 75 до 120 °C.
| Толщина, мм | S235JR CET 0,25 · HD 12, °C | S355J2 CET 0,34 · HD 4, °C | S355J2 CET 0,34 · HD 12, °C | S460N CET 0,42 · HD 4, °C |
|---|---|---|---|---|
| 10 | — | 35 | 85 | 100 |
| 20 | 50 | 75 | 120 | 135 |
| 30 | 80 | 100 | 150 | 165 |
| 40 | 100 | 120 | 170 | 185 |
| 60 | 120 | 140 | 190 | 205 |
Погонная энергия 1,5 кДж/мм, результат округлён вверх до 5 °C — та же формула, что в калькуляторе (EN 1011-2, метод B). «—» — по формуле подогрев не нужен. CET марок — исходные значения калькулятора; при ремонте берут CET из сертификата или по анализу.
Ремонт по материалам: таблица решений
Порядок работы тот же, подробности меняются вместе с металлом. Подробно — сварка чугуна, сварка алюминия и сварка нержавейки.
| Материал | Поиск трещины и выборка | Подогрев и межслойная температура | Присадка и техника | На что смотреть |
|---|---|---|---|---|
| Нелегированная конструкционная сталь (S235, S355) | PT или MT; шлифовка или воздушно-дуговая строжка, разделка V или U, после строжки зачистить до чистого металла | По калькулятору: S355J2, 20 мм — 75 °C при HD 4, 120 °C при HD 12; межслойная от температуры подогрева до 250 °C | Основной электрод или сплошная проволока MAG равнопрочные; ниточные валики от засверленных концов к середине | Причина: усталостная трещина вернётся, если узел останется прежним |
| Высокопрочная или толстая сталь (S460 и выше, свыше 30 мм) | Лучше MT; выбирать на всю глубину, трещина глубже, чем кажется | Не ниже расчётного: S460N, 40 мм, HD 4 — 185 °C; ремонтная разделка защемлена сильнее исходного шва | Только низководородные материалы (HD 5 и ниже), прокалённые основные электроды; t8/5 в окне производителя стали | Холодные трещины проявляются через часы: финальный контроль через 24–48 ч |
| Аустенитная нержавеющая сталь (1.4301, 1.4404) | Только PT — MT на аустенитной стали не работает; шлифовать кругами, которые идут только по нержавейке | Без подогрева; межслойная ниже примерно 150 °C | Присадка под марку, марки L (C менее 0,03 %); малая погонная энергия, короткие валики | Сенсибилизация при 450–850 °C; цвета побежалости после сварки удалить |
| Серый и высокопрочный чугун, холодный способ | PT или слегка прогреть замасленную деталь — выступающее масло рисует трещину; отверстия 3–4 мм, разделка U с закруглённым дном, выжечь масло | Без подогрева; следующий валик — когда деталь тёплая на ощупь | Ni-CI или NiFe-CI (EN ISO 1071), около 25 А на мм диаметра, валики 20–40 мм, каждый сразу проковать | ЗТВ отбеливается: ремонт держит, но обработке не поддаётся |
| Чугун, горячий способ | Как при холодном способе | Всю отливку до 500–600 °C, держать всю работу, остывание медленно в печи много часов | Газовая сварка чугунным прутком с флюсом | Нужна печь; единственный путь к соединению, которое обрабатывается как отливка |
| Алюминиевые сплавы | PT; оксид — нержавеющей щёткой только для алюминия, выборка твердосплавной фрезой | Только умеренный прогрев; серия 6xxx — не выше примерно 120 °C и не дольше 15 мин | TIG на переменном токе или MIG; 5356 или 5183 для 5xxx, 4043 или 5356 для 6xxx, 4043 для литья | Нагрев снимает упрочнение старением 6xxx в ЗТВ — зона ремонта слабее |
| Стальное литьё | PT или MT; литейные раковины под поверхностью часто больше индикации — выбирать до здоровой разделки | Как для проката того же состава: CE или CET из сертификата, затем калькулятор | Низководородная присадка под состав | Если отливка проходила термообработку, её техусловия могут требовать термообработки после ремонта |
Документы, WPS и технология
На изделии, сделанном по стандарту, ремонт варят по WPS, как любой производственный шов. Если способ, группа материала, толщина и положение ремонтной разделки укладываются в область существующей аттестации технологии (WPQR по ISO 15614-1), действует исходная WPS; другой способ или разделка вне этой области требуют своей аттестованной технологии. В системе качества по ISO 3834 ремонт — это несоответствие: письменная инструкция по ремонту, повторный контроль по исходным требованиям и запись. Ремонт без бумаг годится для кронштейна у себя во дворе, но не для детали, которую принимает кто-то другой.
Когда ремонтная сварка не годится
- Оборудование под давлением и детали, работающие под давлением, — только организация и технология, которые признают действующие правила, с контролем. Это не работа для мастерской между делом.
- Грузоподъёмные механизмы, детали тормозов и рулевого управления и всё, отказ чего может покалечить человека: заменить.
- Усталостные трещины без изменения конструкции. Шов восстанавливает тот же концентратор, и трещина возвращается. Сначала причина — нагрузка, узел, жёсткость — вместе с конструктором.
- Закалённые и термообработанные детали — пружины, цементованные шестерни, улучшенные валы. Тепло сварки уничтожает термообработку, ЗТВ закаливается. Только по технологии с термообработкой после сварки, иначе замена.
- Белый и отбелённый чугун практически не сваривается; чугун, прогоревший за годы горячей работы, трескается рядом с каждым валиком.
- Место, которое уже ремонтировали дважды. Сталь там дважды перегрета и хрупкая.
- Сталь, которую нельзя определить. Без CE нет значения подогрева; сначала анализ или хотя бы замер твёрдости.
Ошибки ремонта: причина, проверка, исправление
Восемь ошибок в том порядке, в каком они случаются по ходу ремонта.
| # | Причина | Как проверить | Что сделать |
|---|---|---|---|
| 1 | Трещину заварили без выборки | Линия или индикация PT на дне разделки | Выбрать до здорового металла и подтвердить PT или MT до первого валика |
| 2 | Концы трещины не найдены или не засверлены | Через несколько дней новая трещина идёт дальше за концом ремонта | Найти настоящие концы контролем PT, засверлить 3–4 мм сразу за каждым, отверстия включить в разделку |
| 3 | Подогрев слишком низкий или горелкой в одну точку | Термокарандаш или контактный термометр с обеих сторон разделки, а не только на поверхности рядом | Равномерно прогреть широкую полосу до значения из калькулятора и держать на всех проходах |
| 4 | Отсыревшие основные электроды | Дуга плюётся, мелкие поры на поверхности, на следующий день поперечная трещина или трещина в ЗТВ | Прокалить при 300–350 °C в течение 2 ч, затем держать в пенале 100–150 °C |
| 5 | Финальный контроль сразу после последнего прохода | «Индикаций нет» через час после сварки | На сталях с высоким углеродным эквивалентом финальный НК не раньше чем через 24–48 ч после сварки |
| 6 | Усталостную трещину заварили, не меняя узел | Трещина у края шва, отверстия или выреза при переменной нагрузке, на изломе линии остановки | Найти нагрузку и вместе с конструктором изменить узел; один шов восстанавливает тот же концентратор |
| 7 | Третий ремонт на том же месте | Следы старых ремонтов, твёрдая хрупкая зона | Заменить деталь или участок: дважды перегретая сталь хрупкая |
| 8 | Стальной электрод на чугуне | Через несколько дней трещина по линии сплавления, сверло скользит по шву | Никелевый электрод, короткие валики, проковка |
Что дальше
Откуда берутся трещины и как их нумеруют в протоколе: трещины в сварном шве. Что находит и чего не видит каждый метод контроля: таблица в каталоге дефектов швов. Вставки, наплавка и ремонт металлоконструкций и техники: ремонт и восстановление. Цифры для своей стали: подогрев, углеродный эквивалент и время охлаждения t8/5.
Частые вопросы
Можно ли просто заварить трещину сверху?
Нельзя. Вершина трещины остаётся под новым швом, и трещина растёт от неё дальше. Трещину выбирают до здорового металла, разделку проверяют капиллярным или магнитопорошковым контролем и только потом заваривают.
Какого диаметра засверловка на концах трещины?
3–4 мм, сразу за каждым концом, после того как капиллярный контроль показал, где трещина на самом деле кончается. Отверстие убирает острую вершину, потом входит в ремонтную разделку и заваривается вместе с ней.
Какой подогрев нужен при ремонтной сварке?
Не ниже, чем для исходного шва: его считают по CET, толщине, водороду и погонной энергии. Для S355J2 толщиной 20 мм при 1,5 кДж/мм калькулятор даёт 75 °C с низководородной присадкой (HD 4) и 120 °C с рутиловым электродом (HD 12). Ремонтная разделка защемлена сильнее исходного шва, поэтому расчётное значение — нижняя граница.
Когда контролировать ремонтный шов?
Визуально и капиллярным методом — сразу, но на сталях с высоким углеродным эквивалентом финальный неразрушающий контроль делают не раньше чем через 24–48 ч после сварки: холодные трещины появляются с задержкой. Точное время ожидания задаёт стандарт на изделие или план контроля.
Нужна ли для ремонта отдельная WPS?
Не всегда. Если способ сварки, группа материала, толщина и положение ремонта укладываются в область существующей аттестации технологии (WPQR по ISO 15614-1), варят по этой WPS. Другой способ, разделка вне диапазона толщин или другой материал требуют своей аттестации.
Чугун: холодный или горячий ремонт?
Холодный — электродами Ni или NiFe, короткими валиками 20–40 мм с проковкой — для большинства кронштейнов и корпусов. Горячий, со всей отливкой при 500–600 °C и медленным остыванием в печи, — когда место ремонта потом обрабатывают.
Обновлено: