Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой
Приведены результаты изучения причин появления кристаллизационных трещин в центральных частях слоев многослойного электрошлакового шва. Разработан прием повышения сопротивляемости таких швов образованию кристаллизационных трещин применительно к ремонту разрушившихся бандажей вращающихся цементных...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101364 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой / С.М. Козулин, И.И. Лычко, М.Г. Козулин // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 41-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859720373488058368 |
|---|---|
| author | Козулин, С.М. Лычко, И.И. Козулин, М.Г. |
| author_facet | Козулин, С.М. Лычко, И.И. Козулин, М.Г. |
| citation_txt | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой / С.М. Козулин, И.И. Лычко, М.Г. Козулин // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 41-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведены результаты изучения причин появления кристаллизационных трещин в центральных частях слоев многослойного электрошлакового шва. Разработан прием повышения сопротивляемости таких швов образованию
кристаллизационных трещин применительно к ремонту разрушившихся бандажей вращающихся цементных печей на месте их эксплуатации.
The paper gives the results of studying the causes for solidification crack initiation in the central parts of the layers of a
multilayered electroslag weld. A technique of improvement of the solidification cracking resistance of such welds was
developed for the case of repair of damaged bands of rotary kiln furnaces in their operation site.
|
| first_indexed | 2025-12-01T09:19:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.793
ПОВЫШЕНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СВАРНЫХ ШВОВ
ОБРАЗОВАНИЮ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ТРЕЩИН
ПРИ РЕМОНТЕ БАНДАЖЕЙ ОБЖИГОВЫХ ПЕЧЕЙ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКОЙ
С. М. КОЗУЛИН, инж., И. И. ЛЫЧКО, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
М. Г. КОЗУЛИН, канд. техн. наук (Тольят. гос. ун-т, РФ)
Приведены результаты изучения причин появления кристаллизационных трещин в центральных частях слоев мно-
гослойного электрошлакового шва. Разработан прием повышения сопротивляемости таких швов образованию
кристаллизационных трещин применительно к ремонту разрушившихся бандажей вращающихся цементных печей
на месте их эксплуатации.
К л ю ч е в ы е с л о в а : многослойная электрошлаковая
сварка, вращающиеся печи, бандажи, углеродистые стали,
кристаллизационные трещины, ремонт, зона слабины
Наиболее ответственными деталями вращающих-
ся обжиговых печей являются опорные бандажи
сплошного прямоугольного сечения, которые на-
деваются на корпус печи с определенным ради-
альным зазором, и бандажи сплошного фигурного
сечения, ввариваемые в корпус печи [1]. Бандажи
изготавливают из среднеуглеродистых сталей ти-
па 35Л, 30ГСЛ и 34Л-ЭШ. Размеры поперечных
сечений свариваемых стыков бандажей составля-
ют (355…500) (900…1350) мм, наружный диа-
метр — до 8450 мм.
Сквозные поперечные трещины, нередко об-
разующиеся в бандажах вращающихся печей при
эксплуатации, приводят к вынужденной и дли-
тельной остановке всего агрегата для замены его
новым бандажом или ремонту вышедшего из
строя бандажа [2].
В большинстве случаев заварку трещин вы-
полняют не снимая бандаж с корпуса печи. Для
осуществления такого способа ремонта бандаж
поворотом корпуса печи устанавливают таким
образом, чтобы аварийное место располагалось
строго в верхнем положении. Для ремонта нес-
квозных трещин разделку производят путем свер-
ления отверстий диаметром 50 мм с шагом рав-
ным 0,8…0,9 диаметра, а сварку выполняют неп-
лавящимся мундштуком с подачей одной сварочной
проволоки диаметром 5 мм [3]. Однако из-за вы-
сокой жесткости закрепления кромок при заварке
отверстий глубиной более 100 мм в швах образу-
ются кристаллизационные трещины (рис. 1). Кроме
того, заварка сквозных трещин усложняется тре-
бованиями ограничения остаточных деформаций,
искажающих исходные геометрические размеры
бандажа.
Сравнительный анализ эффективности приме-
нения существующих способов исправления по-
добных дефектов сваркой плавлением показал,
что наиболее перспективным технологическим
процессом для ремонта разрушившихся бандажей
непосредственно на месте их эксплуатации (на
печи) является многослойная электрошлаковая
сварка (МЭШС) [2, 3]. Однако ее применение ог-
раничено рядом фактором, одним из которых яв-
ляется низкая стойкость слоев сварного шва воз-
никновению кристаллизационных трещин, обра-
зующихся в центральной части слоев шва.
Для изучения причин появления этих дефектов
и разработки технологических приемов повышения
сопротивляемости слоев многослойного сварного
шва образованию кристаллизационных трещин про-
веден ряд экспериментов. Исследования выполняли
по методике, включающей всестороннее изучение
опыта применения МЭШС, анализ полученных ре-
зультатов, выработку новых приемов сварки и прак-
тическую их реализацию при выполнении МЭШС
образцов.
© С. М. Козулин, И. И. Лычко, М. Г. Козулин, 2010
Рис. 1. Поперечный макрошлиф образца из стали 35Л разме-
ром 500 300 500 мм с горячими трещинами, образовавши-
мися после ЭШС отверстий диаметром 50 мм и глубиной
500 мм
1/2010 41
Размеры и материал образцов выбирали ана-
логичными образцам-свидетелям, применяемым
при изготовлении бандажей вращающихся печей
(рис. 2). Использовали сварочные аппараты типа
А-645 и А-1304 с источником питания ТШС-3000-
3, электродные проволоки марок Св-08ГА и Св-
10Г2 диаметром 3 мм, а также флюс АН-8М. В
процессе сварки основные параметры режимов
записывали с помощью информационно-регист-
рирующей системы ИСУ-150 [4]. Сваренные об-
разцы разрезали на темплеты, из которых изго-
тавливали поперечные и продольные макрошли-
фы, отпечатки снимали по Бауману.
С учетом особенностей электрошлаковой свар-
ки (ЭШС), больших по толщине и габаритам сва-
риваемых изделий применить известные методы
количественной оценки сопротивляемости свар-
ного шва образованию кристаллизационных тре-
щин оказалось невозможным [5–7]. Поэтому для
получения качественной оценки стойкости метал-
ла шва против образования горячих трещин ис-
следовали так называемые жесткие пробы [8].
Согласно этой методике сваривают образцы, близ-
кие по габаритам и своей массе к производствен-
ным изделиям (натурные образцы). Для увели-
чения жесткости в сварочный зазор устанавливали
фиксирующие дистанционные прокладки (рис. 2).
Критерием оценки стойкости металла швов про-
тив образования горячих трещин приняли удель-
ную погонную энергию сварки Eсв, обеспечива-
ющую гарантированное сплавление при мини-
мально необходимой глубине провара без обра-
зования горячих трещин.
С целью обеспечения достаточного запаса
стойкости металла шва образованию кристалли-
зационных трещин предварительный подогрев на-
турных образцов (жестких проб) перед сваркой
намеренно не выполняли.
При МЭШС вертикальными швами жесткость
закрепления кромок вызвана установкой попереч-
ных металлических перемычек, образующих раз-
делку (рис. 2). Жесткость соединения возрастает
по мере наложения слоев (увеличение препятс-
твия свободной усадке кристаллизующегося ме-
талла). Поскольку снижение скорости дефор-
мации растяжения металла шва за счет умень-
шения скорости сварки успехом не увенчалось
из-за потери устойчивости электрошлакового про-
цесса [5, 9], пошли по пути изменения условий
образования многослойного сварного шва.
Согласно выбранной методике были заварены
образцы (рис. 2) из сталей 30Л и 34ЛЭШ. Отверстия,
образовавшиеся при установке пластин из метал-
лопроката, заваривали последовательно двухэлек-
тродным плавящимся мундштуком на удельной по-
гонной энергии Eсв = 110…170 кДж/см2.
Изучение поперечных макрошлифов сварных
соединений выполненных образцов показало, что
после заварки отверстий прямоугольной формы
линии (зоны) сплавления имеют эллипсовидную
форму. Кристаллиты растут от кромок основного
металла в направлении центра, где, встречаясь
друг с другом, образуют область шва с наимень-
шей пластичностью (плоскость слабины) [5, 10].
Плоскость слабины располагается вдоль большой
оси эллипса, т. е. параллельно свариваемым кром-
кам. Известно [11], что развитие горячей трещины
преимущественно происходит в направлении,
перпендикулярном действию наибольшей компо-
ненты деформации (рис. 3, а, 4, а). Учитывая вы-
сокую жесткость свариваемых элементов и то, что
в высокотемпературной области металла шва в
основном развиваются поперечные деформации,
при таком расположении зоны слабины создаются
наиболее благоприятные условия для образования
горячих трещин. Это также подтвердили прове-
денные эксперименты.
На основании результатов проведенных экс-
периментов сделано предположение о возможнос-
ти уменьшения отрицательного влияния зоны на-
именьшей пластичности на технологическую
прочность путем расположения плоскости слаби-
ны параллельно вектору максимальных сил рас-
тяжения, возникающих при кристаллизации ме-
талла шва (рис. 3, б). Для его проверки разделку
кромок формировали с помощью пластин-прос-
тавок, после установки которых между сварива-
емыми кромками образовались прямоугольные
отверстия. При этом большую сторону отверстия
(колодца) располагали не параллельно, а перпен-
дикулярно свариваемым кромкам (рис. 4).
Рис. 2. Схема сборки (а) и МЭШС (б) опытных образцов с
продольной установкой плавящихся мундштуков: 1 — свари-
ваемые детали; 2 — входной карман; 3 — формирующие
пластины-проставки; 4 — водоохлаждаемая накладка; 5 —
плавящийся мундштук; B — ширина сварочного зазора; Sк —
толщина металла колодца
42 1/2010
ЭШС отверстий осуществляли плавящимися
двухэлектродными мундштуками, установленны-
ми поперек сварочного зазора согласно схеме,
приведенной на рис. 4, б, на удельной энергии
в указанных выше пределах. Результаты иссле-
дований макрошлифов и отпечатков по Бауману
поперечных и продольных сечений швов, выпол-
ненных по предложенной схеме, показали, что го-
рячих трещин в слоях шва не обнаружено.
Таким образом, установлено, что путем изме-
нения направления плоскости слабины отдельных
слоев по отношению к вектору растягивающих
усилий многослойного шва можно добиться по-
вышения его сопротивляемости образованию
кристаллизационных трещин.
При ремонте сквозных трещин в бандажах вра-
щающихся обжиговых печей форму разделки кро-
мок и шаг завариваемых слоев необходимо
определять в зависимости от конфигурации и раз-
меров дефектов.
1. ОСТ 22-170–87. Бандажи вращающихся печей. Техничес-
кие условия. — М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. — 27 с.
2. Козулин С. М., Лычко И. И., Козулин М. Г. Методы вос-
становления бандажей вращающихся печей (Обзор) //
Автомат. сварка. — 2007. — № 10. — С. 40–47.
3. Козулин М. Г., Фильченков Д. И. Восстановление банда-
жа вращающейся печи с применением электрошлаковой
сварки // Там же. — 1977. — № 3. — С. 64–65.
4. Звездин С. М., Бондаренко О. П., Поповский В. Ю. Ин-
формационно-измерительная система для контроля па-
раметров процессов сварки и наплавки // Там же. —
1985. — № 12. — С. 54–56.
5. Электрошлаковая сварка / Под ред. Б. Е. Патона. — Ки-
ев: Машгиз, 1959. — 410 с.
6. А. с. 421910 СССР, МКИ В 23 К 25(00). Способ исследова-
ния сварного соединения / В. М. Семенов, А. П. Ерегин,
А. С. Гельман и др. — Опубл. 19.12.74. — Бюл. № 12.
7. А. с. 998062 СССР, МКИ В 23 К25(00). Способ испыта-
ния сварного соединения на стойкость против образова-
ния горячих трещин / Б. Ф. Якушин, Л. Ф. Башев. —
Опубл. 23.02.83. Бюл. № 7.
8. Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И., Семенов В. М.
Основные и сварочные материалы для электрошлаковой
сварки. — Киев: Наук. думка, 1981. — 112 с.
9. Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И. Техника выпол-
нения электрошлаковой сварки. — Киев: Наук. думка,
1974. — 95 с.
10. Словарь-справочник по сварке / Под ред. К. К. Хренова.
— Киев: Наук. думка, 1974. — 195 с.
11. Прохоров Н. Н. Физические процессы в металлах при
сварке: В 2 т. — М.: Металлургия, 1968. — Т. 1. —
695 с.
The paper gives the results of studying the causes for solidification crack initiation in the central parts of the layers of a
multilayered electroslag weld. A technique of improvement of the solidification cracking resistance of such welds was
developed for the case of repair of damaged bands of rotary kiln furnaces in their operation site.
Поступила в редакцию 21.07.2009
Рис. 4. Поперечные макрошлифы многослойных электрошла-
ковых швов, выполненных с продольной (а) и поперечной (б)
установкой плавящихся мундштуков в зазоре: 1 — сваривае-
мые заготовки; 2 — формирующая пластина-проставка; 3 —
формирующее водоохлаждаемое устройство; 4 — плавящий-
ся мундштук
Рис. 3. Схемы расположения зон (плоскостей) слабины в
металле слоев многослойного шва при выполнении ЭШС
плавящимся мундштуком с установкой плавящихся мунд-
штуков вдоль оси разделки кромок (а) и поперек (б): 1 —
свариваемая кромка; 2 — форма слоя сварного шва в попе-
речном сечении; 3 — формирующая накладка; 4 — зона
слабины (плоскость); 5 — вектор усадочных сил
1/2010 43
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101364 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T09:19:42Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Козулин, С.М. Лычко, И.И. Козулин, М.Г. 2016-06-02T20:51:50Z 2016-06-02T20:51:50Z 2010 Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой / С.М. Козулин, И.И. Лычко, М.Г. Козулин // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 41-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101364 621.791.793 Приведены результаты изучения причин появления кристаллизационных трещин в центральных частях слоев многослойного электрошлакового шва. Разработан прием повышения сопротивляемости таких швов образованию кристаллизационных трещин применительно к ремонту разрушившихся бандажей вращающихся цементных печей на месте их эксплуатации. The paper gives the results of studying the causes for solidification crack initiation in the central parts of the layers of a multilayered electroslag weld. A technique of improvement of the solidification cracking resistance of such welds was developed for the case of repair of damaged bands of rotary kiln furnaces in their operation site. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой Improvement of weld resistance against formation of crystalline cracks in ESW repair of bands of kiln rotary furnaces Article published earlier |
| spellingShingle | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой Козулин, С.М. Лычко, И.И. Козулин, М.Г. Производственный раздел |
| title | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой |
| title_alt | Improvement of weld resistance against formation of crystalline cracks in ESW repair of bands of kiln rotary furnaces |
| title_full | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой |
| title_fullStr | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой |
| title_full_unstemmed | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой |
| title_short | Повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой |
| title_sort | повышение сопротивляемости сварных швов образованию кристаллизационных трещин при ремонте бандажей обжиговых печей электрошлаковой сваркой |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101364 |
| work_keys_str_mv | AT kozulinsm povyšeniesoprotivlâemostisvarnyhšvovobrazovaniûkristallizacionnyhtreŝinpriremontebandažeiobžigovyhpečeiélektrošlakovoisvarkoi AT lyčkoii povyšeniesoprotivlâemostisvarnyhšvovobrazovaniûkristallizacionnyhtreŝinpriremontebandažeiobžigovyhpečeiélektrošlakovoisvarkoi AT kozulinmg povyšeniesoprotivlâemostisvarnyhšvovobrazovaniûkristallizacionnyhtreŝinpriremontebandažeiobžigovyhpečeiélektrošlakovoisvarkoi AT kozulinsm improvementofweldresistanceagainstformationofcrystallinecracksineswrepairofbandsofkilnrotaryfurnaces AT lyčkoii improvementofweldresistanceagainstformationofcrystallinecracksineswrepairofbandsofkilnrotaryfurnaces AT kozulinmg improvementofweldresistanceagainstformationofcrystallinecracksineswrepairofbandsofkilnrotaryfurnaces |