Несмотря на большие достижения в области сварки различных металлов и все большее совершенствование методов контроля сварных швов, в области дизелестроения ее применение весьма ограничено, особенно при постройке малооборотных дизелей.
Первыми узлами, в которых литье было заменено сваркой, стали фундаментные рамы и стойки, поддерживающие блок цилиндров. Как и всякое начинание, применение сварки для этих деталей не обошлось без трудностей и неудач.
В начале 60-х годов в Советский Союз стали поступать теплоходы с дизелями Зульцер RD76. Серия таких теплоходов (типа «Красноград») поступила в БМП, причем, суда и главные дизели были построены фирмой «Вяртсиля».
Рис. 37. Характерные места появления трещин в опорных листах рамы дизеля
Зульцер RD76 и трещины на опоре рамового подшипника
Дизели имели сварные фундаментные рамы. Уже на гарантийных ремонтах стали выявляться трещины / (рис. 37, а) в различных частях рам, например в местах сварки коробки рамовых подшипников с вертикальными листами, с внутренней стороны вертикального опорного листа. Трещины распространялись по всей длине сварного шва (Л—Б), а также в швах наклонного листа (В—Г).
Иногда, возникнув в сварке коробки рамовых7 подшипников, трещины распространялись в глубь вертикального листа (2— на раму; 3 — вдоль сварного шва, рис. 37,6).
По свидетельству фирмы «Зульцер», трещины образуются в основном вдоль отверстий в приливах для установки связей (в дизелях RD первых серий), а также между продольными и * поперечными балками, имеющими угловое сварные швы Б, В и Г (рис. 38, а).
Так как трещины в фундаментных рамах дизелей RD76 стали появляться систематически, причем как на дизелях, построенных самой фирмой, так и построенных лицензиантами, были предприняты меры к устранению этого дефекта. Прежде всего, узловые швы продольных и поперечных балок заменили V-образными со сквозной сваркой (рис. 38, б).
Чтобы изучить характер распределения общих напряжений в фундаменгных рамах дизелей RD76, фирма провела длительные исследования на своих заводах.
Было обнаружено, что в районе так называемых масляных блоков, подводящих масло к рамовым подшипникам (см. рис. 37), наблюдается высокая концентрация растягивающих напряжений, которые могут привести к образованию трещин в опоре подшипника, распространиться на раму и пройти вдоль сварного шва (если он будет иметь какие-либо существенные дефекты).
Это подтвердилось обследованием 114 дизелей, установленных на судах различных стран: на 37 из них в районе масляных блоков были обнаружены трещины. На основании этого фирма изменила конструкцию рамы, устранив из нее масляные блоки, и удалила их у действующих дизелей. Эту несложную операцию удавалось выполнять или во время стоянки судна под грузовыми операциями, или при навигационном ремонте.
Исследования напряжений в фундаментных рамах дизелей в лабораторных условиях фирма «Зульцер» проводила на моделях, применяя распыление хрупкого лака на исследуемую поверхность. Когда данный участок нагружается, то в результате возникающих растягивающих напряжений в лаке образуются трещины, направленные под прямым углом к основной оси напряжений. Рисунок этих трещин позволяет проследить направления основных осей напряжений и выявить точки возникновения максимальных напряжений.
Следует отметить, что определение качества сварных соединений статическими методами испытаний применяют все меньше. Многочисленные исследования в этой области позволили сделать вывод о том, что даже наличие относительно серьезных дефектов сварных швов почти не влияет на результаты статических испытаний. В то же время достаточно хорошо известно, как уменьшает усталостную прочность деталей наличие даже небольших пороков структуры, если они находятся в зоне переменных напряжений.
Исследования усталости стыковых сварных соединений изменили многие установившиеся представления об их прочности. Так, например, испытания труб, сваренных кольцевыми стыковыми швами, показали, что усталостная прочность зависит, главным образом, от состояния вершины сварного шва и поэтому влияние других факторов на усталостную прочность не существенно.
Однако статические испытания на растяжение, изгиб и ударную вязкость показали, что степень пористости не имеет решающего значения только в том случае, если она не превышает 7%.
Вообще влияние отдельных факторов на распределение напряжений в сварном шве довольно противоречиво. Испытания, проведенные Британской ассоциацией по исследованиям в области сварки, показали, что усталостная прочность усиленного сварного шва ниже, чем зачищенного шва, вследствие резкого изменения сечения шва в месте усиления. Но если наплавленный металл усиления характеризуется значительной внутренней пористостью, то удаление этого металла может снизить усталостную прочность в связи с выходом на поверхность пористости. Отрицательное влияние последней может быть сильнее, чем положительное влияние от устранения резкого изменения сечения шва.
Кроме того, было исследовано влияние шлаковых включений на механические свойства металла при циклической нагрузке. В этом случае большое влияние на результаты испытаний оказывает местонахождение дефекта. Например, непровар сварочного соединения не влияет на результат испытаний на изгиб в том случае, если этот дефект находится на оси соединения, являющейся нейтральной по отношению к направлению приложения нагрузки, или в непосредственной близости от этой оси. Если непровар расположен близко к поверхности и направлен перпендикулярно к оси изгиба, можно утверждать, что конструкция не выдержит испытаний на изгиб. Тот же дефект, расположенный вдолъ оси изгиба, будет влиять на результат испытаний значительно меньше.
Эти выводы в равной степени применимы к любым испытй/ ниям на усталость. Неплавные переходы в сечениях угловых сварных швов вызывают концентрацию напряжений, которая при соответствующих условиях может привести конструкцию к быстрому выходу из строя от усталости. Причиной поломки в таких случаях является только концентрация напряжений на поверхности, а не внутренние дефекты, выявляемые рентгенографированием или при разрезке изделия.
Выдержки из результатов испытаний сварных соединений, проведенных Британской ассоциацией, приведены здесь для того, чтобы ориентировать судовых механиков в направлении более критической оценки прочности сварных соединений. Существующие методы контроля сварных соединений путем статических испытаний образцов, сваренных в тех же условиях и тем же сварщиком, что и основная деталь, далеки от оценки действительной прочности детали или узла, которым предстоит работать в условиях переменных нагрузок.
Однако в действующих правилах контроля сварных соединений до сих пор содержатся методы арифметической оценки качества шва после просвечивания: величина дефектов и их количество на единицу длины шва (чаще на 1 см). Очевидно, что полностью полагаться на такие методы оценки нельзя и судовым механикам нужно особенно тщательно наблюдать за состоянием сварных соединений. Нельзя не признать, что роль механиков в таком наблюдении довольно пассивная: они не могут предотвратить развития трещин внутри металла, а только констатируют факты появления трещин на поверхности. Однако и в этом случае чем раньше будет обнаружена трещина, тем легче предотвратить ее последствия.
При обнаружении трещины необходимо прежде всего предотвратить дальнейшее распространение ее по детали. Для этого прибегают к очень старому, но вполне надежному способу засверливания концов трещины. После определения концов трещины, отступая от них на 5—6 мм, ставят керны и сверлят в этих местах по одному отверстию. При выборе диаметра сверла и при сверлении нужно иметь в виду, что во всех случаях нежелательны отверстия, значительно превышающие глубину трещины.
Диаметр сверла должен быть таким, чтобы в просверленном отверстии были ясно видны дно отверстия и его стенки (это позволит убедиться в том, что трещина не распространяется дальше отверстия). Обычно для этого достаточно диаметра 7—8 мм. При сверлении нужно как можно чаще удалять стружку и наблюдать за моментом исчезновения следов трещины со стенок отверстия. Для удаления стружки из отверстия лучше всего применять тонкий намагниченный стержень. Обычно этой мерой и ограничиваются до прихода в порт, в котором можно заварить трещину.
Известны случаи, когда блокированные таким способом трещины на фундаментных рамах оставались без изменения очень долго, иногда несколько лет. Однако ни в коем случае нельзя
Считать, что этот способ дает какие-то гарантии в отношении долговечности детали.
Фирма «Зульцер» также считает способ засверливания концов трещин в фундаментных рамах вполне приемлемым, полагая, что в случае обнаружения трещин нет необходимости в немедленном ремонте. Ремонт фундаментной рамы становится необходимым только в тех случаях, когда трещина достигает недопустимой длины. Правда, фирма не определяет конкретных пределов и не ясно, какие трещины она считает недопустимыми.
Предпринимать какие-либо попытки заварить трещины в фундаментных рамах главных дизелей при помощи судовых средств не следует. Такая сварка требует выполнения многих правил (Правил противопожарной безопасности при сварочных работах, Правил применения сварки в судостроении и судоремонте Регистра СССР, Правил дипломирования сварщиков и др.), что невозможно на судне. При неумелой сварке таких узлов, как фундаментная рама дизеля, не исключено продолжение трещины за сварочный шов или появление новых трещин.
Однако вышеизложенное не означает, что механики должны отказаться от применения сварки при ремонте деталей вообще; это относится только к фундаментным рамам главных дизелей.
Первыми узлами, в которых литье было заменено сваркой, стали фундаментные рамы и стойки, поддерживающие блок цилиндров. Как и всякое начинание, применение сварки для этих деталей не обошлось без трудностей и неудач.
В начале 60-х годов в Советский Союз стали поступать теплоходы с дизелями Зульцер RD76. Серия таких теплоходов (типа «Красноград») поступила в БМП, причем, суда и главные дизели были построены фирмой «Вяртсиля».
Зульцер RD76 и трещины на опоре рамового подшипника
Дизели имели сварные фундаментные рамы. Уже на гарантийных ремонтах стали выявляться трещины / (рис. 37, а) в различных частях рам, например в местах сварки коробки рамовых подшипников с вертикальными листами, с внутренней стороны вертикального опорного листа. Трещины распространялись по всей длине сварного шва (Л—Б), а также в швах наклонного листа (В—Г).
Иногда, возникнув в сварке коробки рамовых7 подшипников, трещины распространялись в глубь вертикального листа (2— на раму; 3 — вдоль сварного шва, рис. 37,6).
По свидетельству фирмы «Зульцер», трещины образуются в основном вдоль отверстий в приливах для установки связей (в дизелях RD первых серий), а также между продольными и * поперечными балками, имеющими угловое сварные швы Б, В и Г (рис. 38, а).
Так как трещины в фундаментных рамах дизелей RD76 стали появляться систематически, причем как на дизелях, построенных самой фирмой, так и построенных лицензиантами, были предприняты меры к устранению этого дефекта. Прежде всего, узловые швы продольных и поперечных балок заменили V-образными со сквозной сваркой (рис. 38, б).
Чтобы изучить характер распределения общих напряжений в фундаменгных рамах дизелей RD76, фирма провела длительные исследования на своих заводах.
Было обнаружено, что в районе так называемых масляных блоков, подводящих масло к рамовым подшипникам (см. рис. 37), наблюдается высокая концентрация растягивающих напряжений, которые могут привести к образованию трещин в опоре подшипника, распространиться на раму и пройти вдоль сварного шва (если он будет иметь какие-либо существенные дефекты).
Это подтвердилось обследованием 114 дизелей, установленных на судах различных стран: на 37 из них в районе масляных блоков были обнаружены трещины. На основании этого фирма изменила конструкцию рамы, устранив из нее масляные блоки, и удалила их у действующих дизелей. Эту несложную операцию удавалось выполнять или во время стоянки судна под грузовыми операциями, или при навигационном ремонте.
Исследования напряжений в фундаментных рамах дизелей в лабораторных условиях фирма «Зульцер» проводила на моделях, применяя распыление хрупкого лака на исследуемую поверхность. Когда данный участок нагружается, то в результате возникающих растягивающих напряжений в лаке образуются трещины, направленные под прямым углом к основной оси напряжений. Рисунок этих трещин позволяет проследить направления основных осей напряжений и выявить точки возникновения максимальных напряжений.
Следует отметить, что определение качества сварных соединений статическими методами испытаний применяют все меньше. Многочисленные исследования в этой области позволили сделать вывод о том, что даже наличие относительно серьезных дефектов сварных швов почти не влияет на результаты статических испытаний. В то же время достаточно хорошо известно, как уменьшает усталостную прочность деталей наличие даже небольших пороков структуры, если они находятся в зоне переменных напряжений.
Исследования усталости стыковых сварных соединений изменили многие установившиеся представления об их прочности. Так, например, испытания труб, сваренных кольцевыми стыковыми швами, показали, что усталостная прочность зависит, главным образом, от состояния вершины сварного шва и поэтому влияние других факторов на усталостную прочность не существенно.
Однако статические испытания на растяжение, изгиб и ударную вязкость показали, что степень пористости не имеет решающего значения только в том случае, если она не превышает 7%.
Вообще влияние отдельных факторов на распределение напряжений в сварном шве довольно противоречиво. Испытания, проведенные Британской ассоциацией по исследованиям в области сварки, показали, что усталостная прочность усиленного сварного шва ниже, чем зачищенного шва, вследствие резкого изменения сечения шва в месте усиления. Но если наплавленный металл усиления характеризуется значительной внутренней пористостью, то удаление этого металла может снизить усталостную прочность в связи с выходом на поверхность пористости. Отрицательное влияние последней может быть сильнее, чем положительное влияние от устранения резкого изменения сечения шва.
Кроме того, было исследовано влияние шлаковых включений на механические свойства металла при циклической нагрузке. В этом случае большое влияние на результаты испытаний оказывает местонахождение дефекта. Например, непровар сварочного соединения не влияет на результат испытаний на изгиб в том случае, если этот дефект находится на оси соединения, являющейся нейтральной по отношению к направлению приложения нагрузки, или в непосредственной близости от этой оси. Если непровар расположен близко к поверхности и направлен перпендикулярно к оси изгиба, можно утверждать, что конструкция не выдержит испытаний на изгиб. Тот же дефект, расположенный вдолъ оси изгиба, будет влиять на результат испытаний значительно меньше.
Эти выводы в равной степени применимы к любым испытй/ ниям на усталость. Неплавные переходы в сечениях угловых сварных швов вызывают концентрацию напряжений, которая при соответствующих условиях может привести конструкцию к быстрому выходу из строя от усталости. Причиной поломки в таких случаях является только концентрация напряжений на поверхности, а не внутренние дефекты, выявляемые рентгенографированием или при разрезке изделия.
Выдержки из результатов испытаний сварных соединений, проведенных Британской ассоциацией, приведены здесь для того, чтобы ориентировать судовых механиков в направлении более критической оценки прочности сварных соединений. Существующие методы контроля сварных соединений путем статических испытаний образцов, сваренных в тех же условиях и тем же сварщиком, что и основная деталь, далеки от оценки действительной прочности детали или узла, которым предстоит работать в условиях переменных нагрузок.
Однако в действующих правилах контроля сварных соединений до сих пор содержатся методы арифметической оценки качества шва после просвечивания: величина дефектов и их количество на единицу длины шва (чаще на 1 см). Очевидно, что полностью полагаться на такие методы оценки нельзя и судовым механикам нужно особенно тщательно наблюдать за состоянием сварных соединений. Нельзя не признать, что роль механиков в таком наблюдении довольно пассивная: они не могут предотвратить развития трещин внутри металла, а только констатируют факты появления трещин на поверхности. Однако и в этом случае чем раньше будет обнаружена трещина, тем легче предотвратить ее последствия.
При обнаружении трещины необходимо прежде всего предотвратить дальнейшее распространение ее по детали. Для этого прибегают к очень старому, но вполне надежному способу засверливания концов трещины. После определения концов трещины, отступая от них на 5—6 мм, ставят керны и сверлят в этих местах по одному отверстию. При выборе диаметра сверла и при сверлении нужно иметь в виду, что во всех случаях нежелательны отверстия, значительно превышающие глубину трещины.
Диаметр сверла должен быть таким, чтобы в просверленном отверстии были ясно видны дно отверстия и его стенки (это позволит убедиться в том, что трещина не распространяется дальше отверстия). Обычно для этого достаточно диаметра 7—8 мм. При сверлении нужно как можно чаще удалять стружку и наблюдать за моментом исчезновения следов трещины со стенок отверстия. Для удаления стружки из отверстия лучше всего применять тонкий намагниченный стержень. Обычно этой мерой и ограничиваются до прихода в порт, в котором можно заварить трещину.
Известны случаи, когда блокированные таким способом трещины на фундаментных рамах оставались без изменения очень долго, иногда несколько лет. Однако ни в коем случае нельзя
Считать, что этот способ дает какие-то гарантии в отношении долговечности детали.
Фирма «Зульцер» также считает способ засверливания концов трещин в фундаментных рамах вполне приемлемым, полагая, что в случае обнаружения трещин нет необходимости в немедленном ремонте. Ремонт фундаментной рамы становится необходимым только в тех случаях, когда трещина достигает недопустимой длины. Правда, фирма не определяет конкретных пределов и не ясно, какие трещины она считает недопустимыми.
Предпринимать какие-либо попытки заварить трещины в фундаментных рамах главных дизелей при помощи судовых средств не следует. Такая сварка требует выполнения многих правил (Правил противопожарной безопасности при сварочных работах, Правил применения сварки в судостроении и судоремонте Регистра СССР, Правил дипломирования сварщиков и др.), что невозможно на судне. При неумелой сварке таких узлов, как фундаментная рама дизеля, не исключено продолжение трещины за сварочный шов или появление новых трещин.
Однако вышеизложенное не означает, что механики должны отказаться от применения сварки при ремонте деталей вообще; это относится только к фундаментным рамам главных дизелей.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.