Ремонтне зварювання: як заварити тріщину, щоб вона не повернулася
Ремонтний шов складніший за первісний. Розробка сидить у жорсткій деталі, марка сталі часто невідома, а причина тріщини нікуди не зникла. Нижче — порядок роботи з тріщиною в сталі, чавуні або алюмінії; вставки замість прогнилих ділянок і наплавлення зношених поверхонь описує сторінка ремонт і відновлення.
Коротка відповідь
Ремонтне зварювання — це повне видалення дефекту й заміна його здоровим наплавленим металом в умовах, не гірших, ніж у первісного шва. Для тріщини: знайти справжні кінці капілярним (PT) або магнітопорошковим (MT) контролем, засвердлити одразу за ними отвори 3–4 мм, вибрати шліфуванням або струганням розробку V чи U до здорового металу, знову перевірити розробку, підігріти до значення з калькулятора підігріву (S355J2, 20 мм, низьководнева присадка: 75 °C), зварювати короткими ділянками від кінців до середини, тримати міжшарову температуру між температурою підігріву і 250 °C та знову проконтролювати ремонт — на сталях, що гартуються, не раніше ніж через 24–48 год після зварювання.
Ремонт тріщини покроково
- Визначити матеріал і причину. Марку й вуглецевий еквівалент — за сертифікатом або аналізом (калькулятор CE і CET), причину — за місцем і часом появи тріщини: гаряча, холодна чи втомна. Тріщина, причина якої лишилася, повертається на те саме місце.
- Знайти кінці. Зачистити поверхню до чистого металу: видимий кінець рідко буває справжнім. PT (ISO 3452-1) працює на будь-якому металі, MT (ISO 17638) — лише на феромагнітній сталі, зате показує й тріщини одразу під поверхнею. Кінці позначити керном.
- Засвердлити кінці: 3–4 мм одразу за кожним кінцем, щоб вершина пішла зі стружкою, а не лишилася в металі. Отвори входять у розробку й заварюються разом із нею.
- Вибрати до здорового металу. Шліфування або повітряно-дугове стругання на всю довжину й глибину тріщини. Розробка V або U із заокругленим дном, розкрита так, щоб електрод діставав до дна, — близько 60° для ручного дугового, 50–60° для MAG, як у нового стикового шва; кінці виводити на поверхню пологим скосом. Наскрізна тріщина отримує повноцінну розробку з притупленням і зазором (підготовка кромок). Після стругання поверхню зачистити до чистого металу.
- Перевірити розробку. PT або MT по чистій розробці. Будь-яка індикація — шліфувати глибше й перевіряти знову. Записати довжину й глибину вибірки: вони потрібні і для документа, і для розрахунку присадки.
- Підігріти. Значення — з калькулятора, а не за звичкою. Ремонтну розробку тримає вся деталь, вона затиснута сильніше за первісний шов, тож розрахункове значення — це мінімум. Прогріти широку смугу й перевірити термоолівцем з обох боків розробки. Час охолодження перевіряє калькулятор t8/5.
- Зварювати за планом. Низьководнева присадка, основні електроди прожарені за таблицею прожарювання електродів. Спершу отвори й кінці, потім короткі ділянки до середини; ниткові валики шар за шаром, шлак із кожного прибрано, кожен кратер заповнено.
- Тримати міжшарову температуру. Не нижче за температуру підігріву й не вище приблизно 250 °C для звичайної конструкційної сталі — це верхнє значення використовує й калькулятор підігріву. Аустенітна нержавійка — нижче приблизно 150 °C, алюміній серії 6xxx — нижче приблизно 120 °C.
- Проконтролювати готовий ремонт. Спершу візуальний огляд, потім PT або MT по шву й металу навколо, на товстих перерізах — УЗК на внутрішні дефекти. На сталях із високим вуглецевим еквівалентом фінальний контроль не раніше ніж через 24–48 год після зварювання: холодним тріщинам потрібен час. Приймання — як у первісного шва, а тріщини не допускаються на жодному рівні якості ISO 5817.
- Задокументувати. Де, якої довжини й глибини; контроль до і після; виміряні підігрів і міжшарова; присадка, зварник, WPS.
Підігрів під час ремонту: значення з калькулятора
Кілька марок і товщин, пораховані формулою калькулятора. Водень важить стільки ж, скільки товщина: у S355J2 завтовшки 20 мм перехід з HD 4 на HD 12 (рутиловий електрод) піднімає підігрів з 75 до 120 °C.
| Товщина, 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 |
Погонна енергія 1,5 кДж/мм, результат округлено вгору до 5 °C — та сама формула, що в калькуляторі (EN 1011-2, метод B). «—» — за формулою підігрів не потрібен. CET марок — вихідні значення калькулятора; під час ремонту беруть CET із сертифіката або за аналізом.
Ремонт за матеріалами: таблиця рішень
Порядок роботи той самий, подробиці змінюються разом із металом. Докладно — зварювання чавуну, зварювання алюмінію і зварювання нержавійки.
| Матеріал | Пошук тріщини й вибірка | Підігрів і міжшарова температура | Присадка й техніка | На що зважати |
|---|---|---|---|---|
| Нелегована конструкційна сталь (S235, S355) | PT або MT; шліфування чи повітряно-дугове стругання, розробка V або U, після стругання зачистити до чистого металу | За калькулятором: S355J2, 20 мм — 75 °C при HD 4, 120 °C при HD 12; міжшарова від температури підігріву до 250 °C | Основний електрод або суцільний дріт MAG рівноміцні; ниткові валики від засвердлених кінців до середини | Причина: втомна тріщина повернеться, якщо вузол лишиться тим самим |
| Високоміцна або товста сталь (S460 і вище, понад 30 мм) | Краще MT; вибирати на всю глибину, тріщина глибша, ніж здається | Не нижче розрахункового: S460N, 40 мм, HD 4 — 185 °C; ремонтна розробка затиснута сильніше за первісний шов | Лише низьководневі матеріали (HD 5 і нижче), прожарені основні електроди; t8/5 у вікні виробника сталі | Холодні тріщини виходять через години: фінальний контроль через 24–48 год |
| Аустенітна нержавна сталь (1.4301, 1.4404) | Лише PT — MT на аустенітній сталі не працює; шліфувати кругами, якими працюють тільки по нержавійці | Без підігріву; міжшарова нижче приблизно 150 °C | Присадка під марку, марки L (C менше 0,03 %); мала погонна енергія, короткі валики | Сенсибілізація за 450–850 °C; кольори мінливості після зварювання видалити |
| Сірий і високоміцний чавун, холодний спосіб | PT або злегка прогріти замаслену деталь — масло, що виступає, малює тріщину; отвори 3–4 мм, розробка U із заокругленим дном, випалити масло | Без підігріву; наступний валик — коли деталь тепла на дотик | Ni-CI або NiFe-CI (EN ISO 1071), близько 25 А на мм діаметра, валики 20–40 мм, кожен одразу прокувати | ЗТВ відбілюється: ремонт тримає, але обробці не піддається |
| Чавун, гарячий спосіб | Як за холодного способу | Усю виливку до 500–600 °C, тримати всю роботу, остигання повільно в печі багато годин | Газове зварювання чавунним прутком із флюсом | Потрібна піч; єдиний шлях до з’єднання, яке обробляється як виливка |
| Алюмінієві сплави | PT; оксид — нержавною щіткою лише для алюмінію, вибірка твердосплавною фрезою | Лише помірний прогрів; серія 6xxx — не вище приблизно 120 °C і не довше 15 хв | TIG на змінному струмі або MIG; 5356 чи 5183 для 5xxx, 4043 чи 5356 для 6xxx, 4043 для лиття | Нагрів знімає зміцнення старінням 6xxx у ЗТВ — зона ремонту слабша |
| Стальне лиття | PT або MT; ливарні раковини під поверхнею часто більші за індикацію — вибирати до здорової розробки | Як для прокату того самого складу: CE або CET із сертифіката, потім калькулятор | Низьководнева присадка під склад | Якщо виливку термічно обробляли, її техумови можуть вимагати термообробки після ремонту |
Документи, WPS і технологія
На виробі, зробленому за стандартом, ремонт зварюють за WPS, як будь-який виробничий шов. Якщо спосіб, група матеріалу, товщина й положення ремонтної розробки вкладаються в область наявної атестації технології (WPQR за ISO 15614-1), діє первісна WPS; інший спосіб або розробка поза цією областю потребують власної атестованої технології. У системі якості за ISO 3834 ремонт — це невідповідність: письмова інструкція з ремонту, повторний контроль за первісними вимогами й запис. Ремонт без паперів годиться для кронштейна у себе на подвір’ї, але не для деталі, яку приймає хтось інший.
Коли ремонтне зварювання не годиться
- Обладнання під тиском і деталі, що працюють під тиском, — лише організація й технологія, які визнають чинні правила, з контролем. Це не робота для майстерні між іншим.
- Вантажопідіймальні механізми, деталі гальм і рульового керування та все, відмова чого може скалічити людину: замінити.
- Втомні тріщини без зміни конструкції. Шов відтворює той самий концентратор, і тріщина повертається. Спершу причина — навантаження, вузол, жорсткість — разом із конструктором.
- Загартовані й термооброблені деталі — пружини, цементовані шестерні, поліпшені вали. Тепло зварювання знищує термообробку, ЗТВ гартується. Лише за технологією з термообробкою після зварювання, інакше заміна.
- Білий і відбілений чавун практично не зварюється; чавун, прогорілий за роки гарячої роботи, тріскається біля кожного валика.
- Місце, яке вже ремонтували двічі. Сталь там двічі перегріта й крихка.
- Сталь, яку не вдається визначити. Без CE немає значення підігріву; спершу аналіз або хоча б вимірювання твердості.
Помилки ремонту: причина, перевірка, виправлення
Вісім помилок у тому порядку, в якому вони трапляються під час ремонту.
| # | Причина | Як перевірити | Що зробити |
|---|---|---|---|
| 1 | Тріщину заварили без вибірки | Лінія або індикація PT на дні розробки | Вибрати до здорового металу й підтвердити PT або MT до першого валика |
| 2 | Кінці тріщини не знайдено або не засвердлено | За кілька днів нова тріщина йде далі за кінцем ремонту | Знайти справжні кінці контролем PT, засвердлити 3–4 мм одразу за кожним, отвори включити в розробку |
| 3 | Підігрів занизький або пальником в одну точку | Термоолівець або контактний термометр з обох боків розробки, а не лише на поверхні поруч | Рівномірно прогріти широку смугу до значення з калькулятора й тримати на всіх проходах |
| 4 | Відсирілі основні електроди | Дуга плюється, дрібні пори на поверхні, наступного дня поперечна тріщина або тріщина в ЗТВ | Прожарити за 300–350 °C протягом 2 год, потім тримати в пеналі 100–150 °C |
| 5 | Фінальний контроль одразу після останнього проходу | «Індикацій немає» за годину після зварювання | На сталях із високим вуглецевим еквівалентом фінальний НК не раніше ніж через 24–48 год після зварювання |
| 6 | Втомну тріщину заварили, не змінивши вузол | Тріщина біля краю шва, отвору чи вирізу за змінного навантаження, на зламі лінії зупинки | Знайти навантаження й разом із конструктором змінити вузол; сам шов відтворює той самий концентратор |
| 7 | Третій ремонт на тому самому місці | Сліди старих ремонтів, тверда крихка зона | Замінити деталь або ділянку: двічі перегріта сталь крихка |
| 8 | Сталевий електрод на чавуні | За кілька днів тріщина по лінії сплавлення, свердло ковзає по шву | Нікелевий електрод, короткі валики, проковування |
Що далі
Звідки беруться тріщини і як їх нумерують у протоколі: тріщини у зварному шві. Що знаходить і чого не бачить кожен метод контролю: таблиця в каталозі дефектів швів. Вставки, наплавлення й ремонт металоконструкцій і техніки: ремонт і відновлення. Цифри для своєї сталі: підігрів, вуглецевий еквівалент і час охолодження t8/5.
Часті питання
Чи можна просто заварити тріщину зверху?
Ні. Вершина тріщини лишається під новим швом, і тріщина росте від неї далі. Тріщину вибирають до здорового металу, розробку перевіряють капілярним або магнітопорошковим контролем і лише тоді заварюють.
Якого діаметра засвердлення на кінцях тріщини?
3–4 мм, одразу за кожним кінцем, після того як капілярний контроль показав, де тріщина насправді закінчується. Отвір прибирає гостру вершину, потім входить у ремонтну розробку й заварюється разом із нею.
Який підігрів потрібен під час ремонтного зварювання?
Не нижчий, ніж для первісного шва: його рахують за CET, товщиною, воднем і погонною енергією. Для S355J2 завтовшки 20 мм за 1,5 кДж/мм калькулятор дає 75 °C з низьководневою присадкою (HD 4) і 120 °C з рутиловим електродом (HD 12). Ремонтна розробка затиснута сильніше за первісний шов, тож розрахункове значення — нижня межа.
Коли контролювати ремонтний шов?
Візуально й капілярним методом — одразу, але на сталях із високим вуглецевим еквівалентом фінальний неруйнівний контроль роблять не раніше ніж через 24–48 год після зварювання: холодні тріщини з’являються із запізненням. Точний час очікування задає стандарт на виріб або план контролю.
Чи потрібна для ремонту окрема WPS?
Не завжди. Якщо спосіб зварювання, група матеріалу, товщина й положення ремонту вкладаються в область наявної атестації технології (WPQR за ISO 15614-1), зварюють за цією WPS. Інший спосіб, розробка поза діапазоном товщин або інший матеріал потребують власної атестації.
Чавун: холодний чи гарячий ремонт?
Холодний — електродами Ni або NiFe, короткими валиками 20–40 мм із проковуванням — для більшості кронштейнів і корпусів. Гарячий, з усією виливкою за 500–600 °C і повільним остиганням у печі, — коли місце ремонту потім обробляють.
Оновлено: