Подготовка дефектных мест под сварку и наплавку

Работы на внутренней и наружной поверхностях корпусов и аппаратов проводят после разборки внутренних устройств и снятия теплоизоляции в зоне дефекта. Демонтаж устройств, приваренных к корпусу, производится огневым способом (газо­пламенной резкой, воздушно-дуговой резкой и т.п.). На корпу­сах из углеродистой стали при толщине стенки более 36 мм и из легированной стали при демонтаже устройств огневым спо­собом рекомендуется оставлять выступы высотой не менее 15 мм.

Поверхность дефектного участка и прилегающей зоны (ши­риной не менее 50 мм на сторону) следует очистить от анти­коррозионных покрытий, ржавчины, окалины и других загряз­нений.

Подготовку дефектных мест под сварку или наплавку про­водят как механическим, так и огневым способом, удаляя ми­нимальное количество металла с целью уменьшения остаточ­ных напряжений и объема сварочных работ.

Дефекты корпусов из углеродистых и низколегированных (типа 16ГС) сталей удаляют механическим и газопламенным способами.

Дефекты корпусов из хромомолибденовых теплостойких сталей удаляют механическим способом. Допускается удале­ние дефектов огневым способом с последующими зачисткой по­верхности на глубину не менее 1,0 мм и контролем неразруша­ющими методами на отсутствие трещин. При огневом способе необходим местный подогрев до температуры 200-250 °С. До­пускается вырезка дефектов и без предварительного подогрева. В этом случае предусматривают припуск 4-5 мм на механи­ческую обработку. Припуск удаляют шлифовальным кругом или фрезерованием с последующим контролем на отсутствие трещин.

Дефекты корпусов из двухслойных сталей удаляют в основ­ном механическим способом. Удаление дефектов газопламен­ной резкой допускается только со стороны основного слоя. При необходимости вырезки дефекта со стороны плакирующего слоя в нем предварительно прорубают канавку по ширине разделки, через которую вырезают основной слой обычным способом. При этом поверхность слоя следует предохранять от брызг металла.

В корпусах из двухслойной стали с основным углеродистым слоем из сталей марок Ст.3, 16ГС, 09Г2С, 20К допускается вы­резка дефектов воздушно-дуговой резкой (РВД) при отсутст­вии требований стойкости плакирующего слоя к межкристаллитной коррозии (МКК). При наличии этих требований РВД можно применять только в отдельных случаях в виде исклю­чения при условии обязательной последующей обработки всей поверхности резки шлифовальным кругом (или другим мето­дом) на глубину не менее 0,8 мм для снятия поверхностного слоя с повышенным содержанием углерода.

После удаления дефектов и зачистки поверхности проверя­ют полноту удаления дефекта одним из указанных выше мето­дов.

Подготовку кромок под сварку или наплавку проводят лю­бым способом механической обработки. Допускается примене­ние огневого способа. Подготовленная поверхность не должна иметь острых углов и заусенцев. После удаления дефектов и подготовки кромок под сварку или наплавку огневым способом поверхность необходимо зачи­стить механическим способом на глубину 1,0 мм.

Перед началом сварки следует проверить качество подго­товки и сборки свариваемых элементов, т.е. состояние стыкуе­мых кромок и прилегающих к ним поверхностей.

Смещение кромок листов в стыковых соединениях, опреде­ляющих прочность сосуда, должно быть не более 10% номи­нальной толщины более тонкого листа, но не более 3 мм. Смещение кромок в кольцевых швах при толщине листов до 20 мм не должно превышать 10% номинальной толщины более тонкого листа плюс 1 мм, а при толщине листов свыше 20 мм — 15% номинальной толщины более тонкого листа, но не более 5 мм.Смещение кромок в соединениях из двухслойной стали не должно превышать 10% номинальной толщины более тонкого элемента, но не более 3 мм со стороны основного слоя и не бо­лее 50% толщины плакирующего слоя.

При сварке элементов разной толщины необходимо пред­усмотреть плавный переход от одного элемента к другому по­степенным утонением более толстого элемента. Угол скоса кро­мок (рис. 7.2) должен быть не более 15° (уклон 1:4). В случае двухслойной стали скос выполняют со стороны основного слоя.

Допускаются стыковые швы без предварительного утонения толстой стенки, если разность между толщинами соединяемых элементов не превышает 30% от толщины более тонкого эле­мента, но не свыше 5 мм.

Рис. 7 2 Соединение листов разной толщины:

а – L≥4 (S₁-S); б – L≥4 (S₁-S)

Рис. 7.3. Виды соединений:

а, б — в продольных швах; в, г — в кольцевых швах

Совместный увод кромок в продольных и кольцевых швах (угловатость) не должен превышать 10% толщины листа плюс 3 мм, но не более 5 мм, т.е. f≤0,1S+3 мм.

Угловатость продольных швов (рис. 7.3, а, б) определяют по шаблону, длина которого по хорде равна 1/3 радиуса обе­чайки. Угловатость кольцевых швов (рис. 7.3, в, г) определяют линейкой длиной не менее 200 мм.

При сборке допускается подгонка шлифовальной машин­кой, путем вырезки, подвальцовки и т.п.

Для ремонта корпусов сосудов и аппаратов следует приме­нять материал той же марки, из которой изготовлен корпус. Для изготовления корпусов и их элементов допускается при­менение и других материалов, указанных в ОСТ 26-291—79 и «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». При этом по химическому составу, механическим свойствам и условиям применения материал должен быть не хуже заменяемого и иметь сертификат.

Для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегирован­ных сталей применяют электроды по ГОСТ 9466—75 (см. табл. 5.7). Верхний температурный предел эксплуатации свар­ных соединений, выполненных указанными электродами, дол­жен соответствовать данным ОСТ 26-291—79 на материалы. Нижний температурный предел эксплуатации должен быть не ниже температуры, указанной в сертификате на партию элект­родов.

Допускается применение электродов для сварки изделий при температуре эксплуатации ниже указанной в сертификате в случае положительных контрольных испытаний в соответствии с требованиями ОСТ 29-291—79.

Для сварки легированных однослойных и двухслойных ста­лей, а также для сварки разнородных сталей рекомендуется применять электроды, типы и марки которых приведены в табл. 7.1. Допускается применение электродов других марок при условии обеспечения требований, предъявляемых к исход­ной марке. В случае отсутствия сертификата электроды долж­ны быть испытаны в соответствии с ГОСТ 9466—75 или ТУ на их поставку.

Сварку углеродистых и низколегированных сталей при тол­щине стенки более 36 мм, а также легированных сталей, неза­висимо от толщины стенки, проводят с предварительным и со­путствующим подогревом в соответствии с табл. 7.2.

Сварочные работы при ремонте корпусов сосудов и аппара­тов из углеродистых и легированных сталей выполняют при положительной температуре окружающего воздуха. Допуска­ются сварочные работы при отрицательных температурах, не ниже указанных в табл. 7.3. В случае низких отрицательных температур необходимо создать в зоне сварки микроклимат (с применением палатки 'или других устройств) для обеспече­ния температуры, удовлетворяющей требованиям табл. 7.3.

При ремонте корпусов сосудов и аппаратов на открытой площадке сварщик, а также место сварки должны быть защи­щены от непосредственного воздействия дождя, ветра и снега.

При понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимой процесс сварки не должен быть прекращен до пол­ного заполнения разделки. Одновременно необходимо принять меры для подогрева зоны сварки [3, 4].

Ремонт корпусов

Ремонт корпусов аппаратов выполняют ручной электродуговой сваркой (наплавкой), а также автоматической и полуавтома­тической сваркой при обеспечении условий производства и ка­чества сварного соединения согласно ОСТ 26-291—79, РТМ 26-27—70, РТМ 26-168—73, РТМ 26-320—79.

Таблица 7.2. Режимы предварительного и сопутствующего подогрева при сварке сталей

Марка стали	Толщина стенки, мм	Режим подогрева
температура, °С	скорость, °С/ч, не бо­лее	перепад тем­ператур по толщине, °С/мм, не более
Ст. Зсс; Ст. Зсп; Ст.ЗГпс; 20К; 22К	>36	100—150		1,5-2.0
16ГС; 09Г2С	>36	150—200	200 60—100	1,5-2,0
12МХ; 12ХМ; 15ХМ	Независимо	200—250		1,2-1,8
Х18Н10Т, ОХ18Н10Т, Х17Н13М2Т	Без подогрева

Таблица 7.3. Температура окружающего воздуха и условия выполнения сварки

Материал корпуса	Толщина стенки корпуса, мм
до 16 включительно	свыше 16
Углеродистая сталь, содержащая ме­нее 0,24% углерода; низколегирован­ные марганцовистые и кремииймарганцовистые стали и основной слои из этих сталей в двухслойной стали (Ст.Зсп, 16ГС, 09Г2С, 15К, 20К)	От 0 до –20°С сварка без подо­грева	От 0 до –20°С сварка с подогре­вом до 100—200 °С
Низколегированные хромомолибденовые стали и основной слой из этих сталей в двухслойной стали (12ХМ, 12МХ, 15ХМ)	От 0 до –10 °С сварка с подогревом до 250—350 °С
Высоколегированные хромомолибденовые и хромоникелевые стали аустенитного класса и плакирующий слой из этих сталей в двухслойной стали (Х18Н10Т, ОХ18Н10Т, Х17Н13М2Т)	От 0 до –10 °С сварка без предва­рительного подогрева. От –11 до –20 °С сварка с предва­рительным подогревом до 100-200 °С

При ремонте корпусов сварные швы должны обеспечивать требуемую прочность и быть доступными для контроля. В го­ризонтальных сосудах и аппаратах, нижняя часть которых ма­ло доступна для осмотра, продольные сварные швы не реко­мендуется располагать в нижней части корпуса в пределах центрального угла, равного 140°.

Сварные швы должны располагаться вне опор корпуса. При попадании сварного шва на опору он должен быть проверен в объеме 100% ультразвуковым или радиационным методом кон­троля на отсутствие дефектов.

Не допускается пересечения сварных швов, выполняемых при ремонте ручной дуговой сваркой.

Сварные швы должны быть смещены по отношению друг к другу на величину, рав­ную трехкратной толщине стенки корпуса, но не менее чем на 100 мм. Сварные швы корпусов сосудов и аппаратов, подверга­ющихся термообработке, допускается пересекать сварными швами, выполняемыми при ремонте.

Допускается пересечение сварных швов, выполняемых авто­матической или электрошлаковой сваркой при ремонте корпу­сов сосудов и аппаратов, работающих при давлении до 1,6 МПа и температуре до 400 °С, при условии 100%-ного просвечива­ния или ультразвуковой дефектоскопии мест пересечения швов.

Перед ремонтной сваркой или наплавкой производят конт­роль подготовленной поверхности на отсутствие дефектов.

При установке на корпусах «латок», замене листов, обеча­ек и днищ подготовку кромок под сварку рекомендуется про­водить согласно требованиям чертежа (паспорта) на корпус или по типу соединений, приведенных в ГОСТ 5264—80 или ОТУ—79.

При выборе других типов соединений рекомендуется делать V-образную подготовку кромок при толщине стенки 30 мм и менее и Х-образную — при толщине не более 30 мм.

При многослойной ремонтной сварке рекомендуются четыре способа выполнения ниточных швов «па проход» по всей дли­не: последовательное наложение каждого слоя при толщине свариваемого металла до 20 мм; способ «горка» (рис. 7.4,а); «каскадный» способ (рис. 7.4,б); обратноступенчатый (рис. 7.4,в).

Три последних способа применяют при сварке металла тол­щиной более 20 мм. При многослойной сварке особенно тща­тельно следует выполнить первый слой в корне шва, так как провар корня определяет прочность всего многослойного шва.

Однопроходную сварку стыковых коротких швов длиной 250-300 мм выполняют «на проход», средних швов длиной 300-1000 мм — от середины к концам или обратноступенчатым способом, длинных швов длиной более 1000 мм — обратноступенчатым способом. Длину ступени при сварке обратноступенчатым способом принимают равной 200-250 мм. Число проходов в одном слое шва по ширине следует при­нимать с учетом ширины разделки: при ширине менее 12 мм слои рекомендуется выполнять в один проход, при увеличении ширины число проходов, выполняемых ниточными швами, со­ответственно увеличивается.

Последовательность наложения проходов по сечению шва устанавливают с учетом технологической последовательности сборки и сварки. Наиболее рациональная последовательность при V-образной и Х-образной разделке приведена на рис. 7.5. При двухсторонней сварке стыковых швов сначала удаляют корень первого шва, а затем выполняют шов с обратной сто­роны.

Рис. 7.4. Способы выполнения сварных швов:

а — «горка»; б — «каскад»; в — обратноступенчатый

Рис. 7 5. Последовательность выполнения швов

а – однослойный однопроходный; б — многослойный; в — многопроходный ниточный; г – многопроходный ниточный декоративный; д — многослойный многопроходный

В двухслойных сталях в первую очередь сваривают основ­ной слой, а затем плакирующий. При сварке основного слоя недопустимо перемешивание металла шва, выполняемого ма­лоуглеродистыми электродами, с высоколегированным метал­лом коррозионностойкого слоя, так как это приводит к появ­лению трещин.

При ремонте сваркой и наплавкой сосудов и аппаратов, ра­ботающих в водородсодержащих средах, подготовленные под сварку кромки рекомендуется подогреть до 400 °С (для удале­ния водорода), а затем охладить до температуры, при которой рекомендуется проводить сварку.

Ремонт дефектных участков наплавкой проводят в два и более слоев. Первый слой рекомендуется выполнять валиками, расположенными перпендикулярно оси корпуса; каждый после­дующий слой должен перекрывать предыдущий на 1/3 ширины.

Наплавку плакирующего покрытия двухслойной стали можно проводить в один или в два слоя. Для меньшего рас­плавления основного металла наплавку плакирующего слоя следует вести короткой дугой при минимальном токе. Кратеры необходимо тщательно заплавлять. Однослойную наплавку в один проход выполняют в том случае, когда к наплавленному металлу не предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии; наплавку в два слоя выполняют в случае, если такие требования предъявляются. При этом пер­вый слой является переходным.

При ремонтной сварке или наплавке корпусов сосудов и ап­паратов из углеродистых и легированных сталей сварочный ток рекомендуется выбирать по табл. 7.4, а температуру предварительного и сопутствующего подогрева (в случае необходимо­сти) — по табл. 7.2. При сварке высоколегированных аустенитных сталей типа Х18Н10Т и Х17Н13М2Т перед наложением последующего шва предыдущий рекомендуется охладить до температуры ниже 100 °С.

Прихватку стыков электродами диаметром 3 мм выполняют сварщики, осуществляющие весь процесс сварки. Каждую при­хватку необходимо проконтролировать путем внешнего осмот­ра. К качеству прихваток предъявляют те же требования, что и к качеству основного шва. Дефектные прихватки полностью удаляют механическим способом (шлифовальным кругом). Вновь выполненные прихватки контролируют осмотром.

При сварке стыков, собранных на прихватах, особенно тща­тельно следует выполнять корень шва.

В связи с тем, что прихватки являются очагами возможных дефектов (трещин, пор и т.п.), необходимо обеспечить полный переплав металла прихваток и зоны основного металла вокруг прихваток. Для этого подбирают соответствующее сечение при­хваток, либо удаляют излишнюю часть металла прихваток ме­ханическим способом (шлифовальным кругом).

Все сварные швы подлежат клеймению, позволяющему уста­новить сварщика, выполнявшего эти швы. Клеймо наносят на расстоянии 20-50 мм от кромки сварного шва с наружной сто­роны. У продольных швов клеймо должно находиться в начале и в конце шва на расстоянии 100 мм от кольцевого шва. Для кольцевого шва клеймо должно выбиваться в месте пересече­ния кольцевого шва с продольным и далее через каждые два метра, но при этом должно быть не менее трех клейм на каж­дом шве. Если шов с наружной и внутренней сторон заварива­ют разные сварщики, клеймо ставят только с наружной сторо­ны через дробь. При длине шва менее 400 мм наносят одно клеймо.

Клеймо наносят стандартным штифтом на корпусе с толщиной стенки 6 мм и более. Ставить клеймо наплавкой запреща­ется.