К подготовке специалистов технического профиля

К ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

, ,

Оренбургский государственный университет, Оренбург

В основу образовательных программ обучения специалистов технического профиля положены вопросы проектирования и эксплуатации изделий, механизмов и конструкций. Однако, в связи с изношенностью материальных фондов производства, на практике будущим инженерам приходится сталкиваться с процессами ремонта и восстановления работоспособности оборудования и конструкций. Если ремонт происходит путем замены изношенных и поврежденных деталей, то этот процесс не вызывает особых трудностей, однако, дорогостоящее оборудование на порядок дешевле не заменять, а восстанавливать поврежденные элементы в заводских условиях. Таким образом, в учебных программах специалистов необходимо уделять особое внимание технологическим процессам ремонта и восстановления деталей и узлов оборудования.

В основе восстановления работоспособности и ремонта часто лежат процессы наплавки изношенных частей деталей и узлов оборудования. Обычно, таким методом восстанавливают изношенные шейки коленчатых валов. Наплавка представляет собой процесс нанесения расплавленного металла на поверхность изделия, нагретую до состояния оплавления. Наплавленный металл образует одно целое с основным металлом, связан с ним весьма прочно и надежно. Путем наплавки на поверхность изделия можно получить сплав, обладающий желательным комплексом свойств - износостойкостью, кислотоупорностью, жаростойкостью.

Для наплавки используются различные сварочные процессы. Наибольшее распространение получила наплавка плавящимся электродом, например ручная дуговая наплавка покрытыми электродами. Хотя этот процесс и является менее производительным, чем автоматическая наплавка, это наиболее оптимальный вариант для ремонта специфических деталей со сложной поверхностью, таких как корпусные детали.

В наплавленном слое недопустимы поры, трещины и иные пороки, и требования в этом отношении строже, чем предъявляемые к сварным швам. Качество наплавки необходимо контролировать на всех стадиях процесса ремонта – во время наплавки и после механической обработки наплавленного металла. Чаще всего отремонтированные изделия подвергаются визуально-измерительному контролю, ультразвуковому контролю и капиллярному контролю, возможны и другие физические методы контроля в зависимости от поставленных задач.

Рассмотрим конкретный пример из практики ремонта корпусных элементов. На сероводородсодержащих газоконденсатных месторождениях, эксплуатируемых более 30 лет, возникает проблема выхода из строя корпусов фонтанной арматуры по причине возникновения коррозионных повреждений на посадочных поверхностях, а так же трещиноподобных дефектов в области канавок под уплотняющие кольца, что приводит к потере герметичности фонтанной арматуры.

В ходе разработки технологии ремонта корпусов фонтанной арматуры (рисунок 1), бывшей в эксплуатации на сероводородсодержащих месторождениях, выявлено несколько проблем, связанных с возможностью проведения ремонта. В ходе эксплуатации металла в сероводородсодержащей среде происходит его наводораживание – процесс проникновения в металл атомов водорода, которые при расплавлении металла молизуются и образуют газовые поры. Наличие пор в наплавленном металле является недопустимым, так как наплавка проводится на посадочные поверхности и после механической обработки поры могут выходить на поверхность, нарушая тем самым герметичность фонтанной арматуры. Нагрев до температуры 250-300 C0 и выдержка при этой температуре в течение 2-6 часов, в зависимости от толщины корпуса арматуры, позволяют удалить водород из металла и избежать образования пор в наплавке. Для определения качества удаления водорода из металла перед сваркой необходимо проводить экспресс-тест на свариваемость на наплавляемой поверхности. Метод определения свариваемости основан на локальном оплавлении наплавленной поверхности электрической дугой неплавящимся электром в среде защитного газа. После кристаллизации оплавленного металла на его поверхности не должно наблюдаться следов пор, трещи, поверхность должна быть ровной. По аналогичной методике определяют свариваемость труб соединительных трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды.

Рисунок 1 – Наплавленная внутренняя поверхность корпуса задвижки фонтанной арматуры

Материал корпусов фонтанной арматуры – низкоуглеродистая хромоникелевая сталь мартенситного класса. Наплавка подобной стали должна осуществляться на нагретое изделие. Температура предварительного подогрева порядка 250-300 C0. Подогрев осуществляют для снижения остаточных напряжений и снижения вероятности образования трещин при наплавке. В ходе наплавки необходимо постоянно контролировать температуру восстанавливаемого изделия, так как перегрев может привести к значительным структурным изменениям основного металла, а наплавка на поверхность с пониженной температурой увеличит вероятность образования трещин в наплавляемой области. Контроль температуры обычно осуществляют термопарами, установленными в зоне восстановления и на периферии наплавляемого изделия. Целесообразно осуществлять сопутствующий подогрев переносными горелками или устанавливать наплавляемое изделие на специальный стол, оборудованный электрическими тепло-нагревательными элементами. Поверхность восстанавливаемого изделия следует защищать от излишних тепловых потерь путем закрытия их асбестовой материей.

Наплавку осуществляют электродами диаметром 3,25мм на постоянном токе обратной полярности: плюс на электроде, минус на изделии. Наплавку проводят в нижнем положении валиками шириной не более 2,5 диаметра электрода, перекрывая на 30% предыдущий валик. После каждого слоя выполняют зачистку от шлака и визуальный контроль качества наплавленного металла.

Сразу после наплавки, не давая изделию остыть, проводят его термообработку. Наплавляемые корпуса фонтанной арматуры подвергают двухступенчатому отпуску при температуре 680 0С с выдержкой при данной температуре в течение 8 часов с последующим остыванием с печью и 600 0С с выдержкой при данной температуре в течение 8 часов и остыванием вместе с печью. Подобная температурная обработка проводится с целью снижения остаточных напряжений и нормализации структуры наплавленного металла и зоны термического влияния. Перед термообработкой следует защитить специальной термопастой открытые поверхности, такие как не восстанавливаемые посадочные места и резьбовые отверстия, на которых может образовываться окалина. Возможна термообработка в среде защитного газа – аргоне или азоте.

Установлено, что в хромоникелевой стали при нагреве до критической температуры (порядка 800 0С) по границам зерен выделяются сложные карбиды хрома и железа. Пограничные слои аустенита теряют при этом хром, а металл приобретает склонность к межкристаллитной коррозии. Подобные процессы наблюдаются в зоне термического влияния в наплавляемых хромоникелевых сталях.

Данная технология ремонта корпусов фонтанной арматуры, разработанная с участием специалистов ОГУ, планируется к освоению студентами при изучении дисциплины «Сварочные процессы в ремонтном производстве» по направлению подготовки 150700.62 Машиностроение, профиль подготовки «Оборудование и технология сварочного производства».

Список литературы

1.  Фурмин, электродуговая наплавка. / . – Харьков : государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1961. – 422 с.

2.  Макаров, трещины при сварке легированных сталей. -М.: Машиностроение, 1981.-297 с.

3.  Медовар, жаропрочных аустенитных сталей и сплавов. / . – М.: Машиностроение, 1966. – 430 с.