30. Наплавка уплотнительных поверхностей деталей арматуры. Технология ремонта трубопроводной арматуры.
Общие положения. Для повышения долговечности деталей арматуры наиболее часто используют износостойкую наплавку. Для правильного выбора наплавки необходимо учитывать форму детали, условия работы и степень износа.
Сплавы для наплавки уплотнительных поверхностей должны обладать следующими свойствами:
стойкостью против задирания при температурах до 600 С и удельным давлением 100—130 МПа;
достаточно высокой твердостью при рабочих температурах;
стойкостью против образования трещин при резких изменениях температуры;
коррозионной и эрозионной стойкостью в рабочей среде;
хорошей технологичностью.
Для наплавки уплотнительных поверхностей арматуры высоких параметров приме-няют сплавы на основе кобальта (стеллиты), никеля и железа.
Сплавы на основе кобальта, содержащие углерод, хром и вольфрам, в некоторых случаях дополнительно легируют молибденом, ниобием, никелем и другими элементами.
В зависимости от состава твердость стеллитов колеблется в пределах от НRС 38—40 до НRС 60—65. В арматуростроении применяют преимущественно кобальтовые сплавы с НRС 40—48. Они лучше обрабатывают¬ся, более вязки, менее склонны к образованию тре-щин при наплавке и эксплуатации арматуры, чем твердые стеллиты с высоким содержанием углерода и вольфрама.
Важными свойствами стеллитов являются способность длительно сохранять твердость и прочность при высоких температурах, хорошая стойкость против эрозии и коррозии, а также высокая износостойкость при сухом трении металла о металл.
Наплавку выполняют, как правило, вручную. При электродуговой наплавке из-за большого проплавления основного металла заданные сос¬тав и свойства сплава достигаются только в третьем и последующих слоях. Необходимость наплавки толстого споя приводит к большому расходу дорогостоящего сплава. Кроме того, в детали возникают большие оста-точные напряжения, что усиливает опасность ее коробления или растрескивания при экс-плуатации.
Сложность и трудоемкость наплавки стеллитами, а также их высокая стоимость и дефицитность ограничивают их применение в арматуростроении.Их используют только для наиболее ответственной и тяжелонагруженной арматуры. В остальных случаях применяют сплавы на основе никеля и железа. Большинство их разработано на базе хромоникелевой аустенитной стали 1Х18Н9Т, обладающей высокой коррозионной и эро¬зионной стойкостью. В практике арматуростроения, а также при восста-новлении арматуры в условиях электростанции и ремонтных предприятий нашли широкое применение сплавы на железной основе системы Fe–Сг–Ni–Si–Mo.
Опыт промышленной эксплуатации показал высокую надежность и работоспособность этих сплавов. Их наносят на уплотни¬тельные поверхности деталей арматуры в условиях электростанции и ремонтных предприятий методом ручной электродуговой наплавки (электродами ЦН-6, ЦН-12).
Для повышения качества и работоспособности наплавленных поверхностей. улучше-ния условий труда сварщиков и снижения трудоемкости наплавочных работ на заводах, из-готовляющих арматуры, а также на некоторых ремонтных предприятиях внедрены автома-тическая наплавка уплотнительных поверхностей под легирующим плавлено-керамическим флюсом и автоматическая плазменная наплавка проволочными присадоч¬ными материалами.
Электродуговая наплавка электродами ЦН-2, ЦН-6, ЦН-12. К выполнению работ по наплавке уплотнительных поверхностей арматуры допус¬каются дипломированные свар-щики. Для наплавки применяют электроды ЦН-6, (в модификациях ЦН-6М, ЦН-6Л) типа ЭН-0Х17Н7С512-30, ЦН-12 (в модификации ЦН-12М) типа ЭН-1Х16Н8М6С5Г4, ЦН-2 типа ЭА-1М2Ф.
Качество и основные характеристики электродов должны быть подтверждены серти-фикатом завода-изготовителя. При этом потреби¬телем могут быть проверены технологиче-ские свойства электродов, а также твердость наплавленного металла, для чего проводится наплавка контрольной пробы от проверяемой партии электродов.
При отсутствии сертификатов на электроды приемка и сдача их производится по хи-мическому составу и твердости в рабочем состоянии. Проверка химического состава и твер-дости производится в соответствии с ГОСТом. Общие технические требования, предъявляемые к электродам, их размеры, механические и технологические свойства, маркировку и упаковку необходимо контролировать также в соответствии с указаниями ГОСТа.
Детали, предназначенные для наплавки уплотнительных поверхностей. должны быть приняты ОТК по размерам заготовок, указанным на чертеже.
Наплавляемая поверхность детали должна быть очищена от следов ржавчины, грязи, жировых веществ и т.п. до металлического блеска.
Разделка фасок и канавок должна исключать наличие острых углов, способствующих зашлакованию наплавки, и должна обеспечить доступ для нормального манипулирования электродом. Перед наплавкой электроды необходимо прокалить при температуре 100—150 С в течение 1 ч. Детали перед наплавкой необходимо прогреть до температуры, указанной в табл. 13.
Таблица 13. Температура нагрева деталей
| Марка электрода | Марка, стали основного металла | Температура подогрева, °С | Примечание |
| ЦН-6М (ЦН-6Л), ЦТ-1 | 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 25Х2МФЛ, 38ХВФЮ | 300 | Детали с Dу 150 мм наплавляют без подогрева. |
| ЦН-6М (ЦН-6Л) | 20, 25, 25Л | 250—350 | — |
| ЦН-6М (ЦН-6Л), ЦН-2 | 20ГСМ, 08Х18Н10Т, Х18Н9Т | Без подогрева | — |
| ЦН-2 | Х18Н9Т, ЭИ-612, | 700 | — |
| ЭИ-695Р, 12Х1МФ | | Подслой накладывается электродами ЭА-2 без подогрева. |
| ЦН-12М | 12Х1МФ, 12Х1М1Ф, 25Х1МФ | 700 (температура детали в конце наплавки должна быть не менее 500° ) | То же, мелкие детали (штоки) наплавляются также без подогрева. |
При выполнении наплавки электродами ЦН-6 (ЦН-6Л) и ЦТ-1 пред¬варительный по-догрев следует исключить, если он не требуется для основного металла. Подслой под на-плавку электродами ЦН-12 (ЦН-12М) допустимо наносить без предварительного подогрева, после чего деталь подогревают до необходимой температурь.
Перед наплавкой детали следует установить таким образом, чтобы наплавляемый участок находился в горизонтальном положении, наплавка производится на постоянном токе обратной полярности. Сварочный ток устанавливается в зависимости от диаметра электрода (табл. 14). Напряжение на дуге должно быть 24—26 В.
Таблица 14. Сварочный ток
| Диаметр электрода, мм | ЦН-2 | ЦН-6М (ЦН-6Л), ЦТ-1 | ЦН-12 (ЦН-12М) |
| 3 | — | — | 80—110 |
| 4 | 120—140 | 110—130 | 120—140 |
| 5 | 180—200 | 180—200 | 180—230 |
| 6 | 220—240 | — | — |
Наклон электрода должен быть равен 10—15 С от вертикали в сторону перемещения электрода.
Глубина расплавления основного металла должна быть минимальной, для чего на-плавку первого слоя рекомендуется производить на минимально допустимом сварочном токе.
Для уменьшения внутренних напряжении наплавку следует произ¬водить не менее чем в четыре слоя высотой не более 2—4 мм (кроме, наплавок, выполняемых ванным способом); при наплавке деталей арматуры с Dу 150 каждый слой наплавляется в четыре участка обратно-ступенчатым методом. Участки верхнего слоя начинаются с середины участков нижнего слоя и наплавку ведут в направлении, противоположном нижнему слою.
Наплавку рекомендуется производить минимально короткой дугой. Величина перекрытия одного валика другим должна составлять от 1/8 до 1/2 его ширины. После наложения каждого слоя поверхность наплавленного металла нужно тщательно очистить от шлака и брызг с помощью зубила и металлической щетки.
При замене электродов или при обрыве дуги перед началом дальнейшей наплавки кратер необходимо зачистить от шлака.
При наплавке уплотнительных поверхностей следует обращать вни¬мание на получе-ние необходимой высоты и ширины наплавки. Припуск на механическую обработку по ши-рине наплавляемого слоя должен быть не менее 3 мм на каждую сторону, по высоте — от 2 до 4 мм. Высота споя наплавленного металла перед механической обработкой должна быть в случае применения электродов ЦН-6М (ЦН-6Л) не менее 10 мм, а электродов ЦН-2 и ЦН-12 (ЦН-12МО) — не менее 8 мм, считая от подслоя. Высота слоя наплавленного металла после механической обработки должна быть не менее 6 мм — в случае наплавок электродами ЦН-2 и ЦН-12 (ЦН-12М) и не менее 8 мм — электродами ЦН-6М (ЦН-6Л).
При наплавке поверхностей на дне глухих отверстий диаметром до 40 мм следует применять ванный способ, увеличивая при этом ука¬занный в табл. 14 сварочный ток на 20%. При обнаружении дефектов наплавленной поверхности на любой стадии изготовле-ния (ремонта) деталей арматуры допускается их ис¬правление посредством наплавки по обычному режиму с предваритель¬ной механической разделкой дефектного места.
Наплавленные детали подвергают термообработке по следующим режимам:
при наплавке на перлитные стали — нагрев до (725 25) С, выдержка не менее 1 ч, охлаждение с печью до температуры не выше 300 С, далее на спокойном воздухе;
при наплавке на аустенитные стали— нагрев до 800—900°С, выдерж¬ка не менее 1 ч, охлаждение с печью до температуры не выше 300°С, далее на спокойном воздухе.
Допускается не подвергать термообработке детали с Dу 150 мм, наплавленные элек-тродами ЦН-2 и ЦН-6М (ЦН-6Л) , охлажденные после наплавки под слоем сухого песка.
Термообработка (с загрузкой в печь, нагретую до температуры не ниже 500°С) дета-лей арматуры с Dу 150 мм, наплавленных электро¬дами ЦН-12 (ЦН-12М) и ЦН-2, произво-дится непосредственно после наплавки, не допуская остывания наплавленной детали ниже 500°С.
Детали арматуры с Dу < 150 мм, наплавленные электродами ЦН-12 (ЦН-12М), а также детали арматуры с Dу > 150 мм, наплавленные электродами ЦН-6М (ЦН-6Л), могут подвер-гаться термообработке как непосредственно после наплавки, так и после замедленного осты-вания их под слоем сухого песка, а при последующей термообработке они должны загру-жаться в печь с температурой не выше 300°С.
Контроль качества выполненных наплавок включает: внешний осмотр и измерение габаритных размеров наплавки на детали; определение сплошности обработанной поверхно-сти наплавки; измерение твердости наплавки; люминесцентный контроль.
По результатам внешнего осмотра и измерений габаритных размеров наплавленных деталей до механической обработки отбраковывают детали с наплавками, имеющими грубые дефекты (поры, раковины, трещины, шлаковые включения).
Таблица 15. Оценка качества уплотнительных поверхностей
| Группа уплотнительных поверхностей | Балл 2 | Балл 1 |
| Штоки, тарелки, шиберы для арматуры с Dу 10—50 мм | Полное отсутствие дефектов при контроле. | Трещины любых размеров и наплавлений, несплавления между основным и наплавленным металлами и между отдельными слоями наплавки. |
| Тарелки, седла для запор ной и предохранительной арматуры с Dу 100 мм и выше. | То же | То же |
| Седла, шиберы дросселирующей и регулирующей арматуры с Dу 100 мм и выше. | Отдельные поры и шлаковые включения с максимальным линейным размером не более 2 мм. | То же |
| | Отдельные скопления пор и шлаковых включений , состоящие не более чем из пяти дефектов, при условии, что размеры входящих и скопление дефектов не превышают1,5 мм. | — |
Твердость наплавленного металла определяется после чистовой обработки поверхно-сти наплавленной стали. Измерения твердости производятся на приборе Роквелла по шкале HRC 150 не менее чем в трех точках для арматуры с Dу 225 мм и не менее чем в пяти точках для арматуры с Dу > 225 мм, равномерно расположенных по всей площади наплавки на деталь.
Допускается несоответствие этим нормам результатов одного (для Dу 225 мм) или двух (для Dу > 225 мм) измерений при условии, что результаты двух дополнительных изме-рений, проведенных на расстоянии не более 5 мм от точки измерения с выпадом, отвечают требованиям ТУ.
Применительно к деталям, твердость уплотнительных поверхностей которых не мо-жет быть измерена на существующих приборах, допус¬кается проводить ее измерение на об-разцах-свидетелях. При этом усло¬вии выполнение и термообработка контрольной наплавки, а также ее высота после механической обработки должны соответствовать наплавке, выпол-ненной на детали.
Визуальному контролю на сплошность с выявлением трещин, пор, раковин, шлаковых включений и наплавлений подвергаются все наплавляемые детали (контроль производится после шлифовки уплотнительных поверхностей).
Отсутствие трещин на притираемых уплотнительных поверхностях проверяется также с применением люминесцентного метода контроля (или цветной дефектоскопии).
Для оценки качества состояния уплотнительных поверхностей деталей арматуры применяется двухбалльная система (табл. 15).
Балл 1 является браковочным. Детали, оцененные этим баллом, долж¬ны быть направлены на исправление. После исправления детали подвергают повторному люминесцентному контролю. Детали, оцененные баллом 2, являются годными.
Плазменная наплавка арматуры. Прогрессивным методом наплавки уплотнитель-ных поверхностей тарелок и седел арматуры является плазменная наплавка. Плазменную наплавку порошковыми материалами (ПГ-ХН80СР2-42 или ПГ-ХН80СР2-48) выполняют горелкой комбинированного типа. в которой одновременно горят две дуги: одна — между неплавящимся вольфрамовым электродом и стабилизирующим соплом (косвенная дуга), другая — между тем же электродом и изделием (дуга прямого действия). Косвенная дуга обеспечивает устойчивую работу горелки, нагревает порошок. Дуга прямого действия нагревает поверхность изделия и сплавляет присадочный и основной металлы. Обе дуги имеют автономные источники питания.
Присадочный порошок подается газом по гибкой трубке из питателя в плазменную горелку и через кольцевую щель между стабилизирующим и фокусирующим соплами вдувается в дугу. В зоне дуги порошок нагре¬вается и плавится, и на поверхность изделия попадают уже капельки жидкого присадочного металла.
В плазменную горелку поступают три потока газа: центральный — плазмообразующего газа, который защищает вольфрамовый электрод от окисления, стабилизирует и сжимает дугу (расход газа 1—2,5 л/мин); транспортирующий — который подает присадочный порошок в горелку и вдувает его в дугу (расход газа 5—10 л/мин); защитный (расход газа 10—20 л/мин). В качестве плазмообразующего транспортирующего и защитного газов используют чистый аргон марки А.
Технологические возможности плазменной наплавки очень широки. Наибольший практический интерес представляет собой нанесение этим способом тонких слоев металла при незначительном расплавлении по¬верхности изделия. Минимальная высота однослойного валика 5—6 мм. Для получения широких валиков плазменной горелки сообщают поперечные колебания (за один проход можно наплавлять валики шириной до 60 мм). Применение установок для плазменной наплавки наиболее целесообразно на ремонтных заводах энергосистем, имеющих мощные энергетические блоки.
Автоматическая наплавка уплотнительных поверхностей. Для повы¬шения качества и работоспособности наплавленных уплотнительных поверхностей, улучшения условий труда сварщиков и снижения трудо¬емкости наплавочных работ разработаны и внедрены технология и оборудование для автоматической наплавки деталей энергетической арматуры, изготовляемых из малоуглеродистых и низколегированных теплоустойчивых сталей, а также из сталей аустенитного класса.
Наплавку выполняют за один проход с применением электродной проволоки или ленты марок Э11-654 (Х18Н12САТ)и Св-04Х19Н9С2 и легирующих плавлено-керамических флюсов типа ПКНЛ, обладающих высокой технологичностью. Эти флюсы в сочетании с указанной электродной проволокой или лентой обеспечивают получение плотного, хорошо формирующегося слоя твердого сплава типа Х13Н8С5М2ГТ твердостью HRC 32-45.
Сплошность, однородность, химический состав и физико-механи¬ческие свойства это-го сплава (твердость, сопротивление задиранию в среде воды и пара высоких параметров, коррозионно-эрозионная стой¬кость) не уступают свойствам сплава, наплавленного методом много¬слойной ручной электродуговой наплавки электродами типа ЭН-08Х17Н7С512-30.
Технология наплавки электродной лентой обеспечивает более высокое качество по сравнению с наплавлением электродной проволокой.
Вследствие небольшого проплавления (0,8—1,2 мм) при наплавке электродной лентой можно получить необходимые эксплуатаци-онные свойства (сопротивление износу при трении, коррозионную стойкость и пр.) в более тонком слое облицовки (4—6 мм), чем при наплавке, выполняе¬мой электродной проволокой (6—9 мм). Благодаря высокой стабильности процесса при наплавке электродной лентой разброс значений твердости на рабочей поверхности наплавленного слоя составляет 3—8 ед. HRC. При наплавке электродной проволокой этот разброс состав¬ляет 8—13 ед. HRC.
