Оптимизация теплового режима ремонтной сварки стальных строительных конструкций промышленных зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях Севера Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

© Н.Н. Чупейкина, И.Г. Никифоров, 2006

УДК 66.232.8.004.12+658.382(043.3)

Н.Н. Чупейкина, И.Г. Никифоров

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РЕМОНТНОЙ СВАРКИ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

^ложность проведения ремонтной сварки строитель-^ных стальных конструкций промышленных зданий и сооружений при низких температурах заключается в том, что, скорость охлаждения и кристаллизации металла шва значительно повышаются, вследствие чего выход газов и окислов на поверхность шва затрудняются. Увеличивающееся содержание водорода, кислорода, азота и неметаллических включений, способствуют увеличению концентрации напряжений и образованию трещин. Температура окружающего воздуха, при которой выполняется ремонтная сварка, оказывает влияние на протекание процессов в сварочной дуге, кинетику термодеформационного цикла сварки, а также на конечное распределение легирующих элементов в металле шва и зоне термического влияния. Для обеспечения оптимальной скорости охлаждения металла шва, при которой, с одной стороны, закалочные явления не получают сильного развития, а, с другой стороны, предотвращается перегрев металла зоны термического влияния, в процессе проведения ремонтных сварочных работ при низких температурах требуется выполнение определенного теплового режима сварки.

При нагреве стали предел прочности св несколько повышается (рис. 1) в пределах температур 150—400 °С, а отно-

сительное удлинение 5 в интервале этих температур падает. Мо- Рис. 1. Изменение свойств

дуль упругости Е и предел текуче- малоуглеродистой стали в

зависимости от темпера-сти аз стали при повышении тем- туры нагрева пературы непрерывно падают.

При температуре Тп= 600 -г- 650 °С

сталь утрачивает свои упругие свойства, так как модуль упругости и предел текучести при этой температуре имеют очень малые значения.

В условиях дуговой сварки температура от 1600° С в зоне плавления металла падает до 20—30° С на расстоянии 60-100 мм от дуги (в поперечном направлении к оси шва). Соответственно степени нагрева происходит изменение линейных размеров отдельных волокон металла. Однако соседние, менее нагретые участки металла препятствуют этим изменениям, что приводит к возникновению местных пластических деформаций сжатия. При этом в зонах, нагретых свыше 600° С, не требуется больших усилий для осуществления таких пластических деформаций в связи с малыми значениями модуля упругости стали.

Величина пластических деформаций сжатия епс при нагреве будет тем больше, чем жестче свариваемый элемент. С уменьшением жесткости элемента может измениться его форма, что приведет к снижению пластических деформаций сжатия.

Во время охлаждения свободному укорачиванию волокон, нагретых до высоких температур и подвергшихся пла-

стическому сжатию, будут препятствовать менее нагретые участки металла, в результате чего в шве и прилежащих зонах возникают и сохраняются растягивающие сварочные напряжения. Высокая степень неравномерности нагрева при сварке плавлением обусловливает возникновение в около-шовной зоне значительных упругопластических деформаций и остаточных напряжений растяжения, достигающих, как правило, предела текучести.

Традиционным методом регулировки скорости охлаждения сварного соединения является изменения погонной энергии сварки, которая определяется из уравнения:

0.24 IV IV

Цп =------П = 0 .168--п ,

п и и

где I — сварочный ток в а; и — напряжение на дуге в в; и — скорость сварки в см/сек; п — коэффициент использования тепла дуги.

Однако так как основная ремонтная сварка производится без демонтажа, обеспечение требуемого теплового режима сварки посредством повышения погонной энергии дуги при понижении температуры на 15-20 % во избежание холодных трещин невозможно. При увеличении погонной энергии сварщик становится перед необходимостью сложной манипуляции электродом или сварки с отрывом, что приведет к получению некачественного шва.

Неравномерное распределение тепла в зоне сварки приводит к увеличению внутренних напряжений, одним из эффективных средств снятия которых является термическая обработка ремонтируемых узлов, которая обеспечивает получение мелкозернистой структуры, что и уменьшает вероятность хрупкого разрушения.

Наиболее эффективным способом обеспечения требуемого теплового режима ремонтной сварки строительных стальных конструкций промышленных зданий и сооружений в условиях низких температур является применение предварительного и послесварочного подогрева металла в диапазоне температур 50-200 °С.

Подогрев сварных соединений можно производить ацетиленокислородными и пропановоздушными горелками, установками индукционного, электродугового и электроконтакт-ного нагрева, термитными смесями, нагревателями и т.д. Наиболее эффективными при проведении ремонтной сварки являются контактные нагреватели, разработанные в ИГД им. А.А. Скочинского. Этими нагревателями можно производить: предварительный и сопутствующий подогрев по всей площади шва и зоны термического влияния, послесварочный подогрев. Схема подключения электронагревателей с регулятором температуры приведены на рис. 2._____________________

Задняя панель прибора Передняя панель прибора

Рис. 2. Схема подключения электронагревателей с регулятором температуры

В результате применения нагревателей обеспечивается более равновесная структура зоны термического влияния, уменьшается опасность замедленного разрушения, восстанавливается вязкость закаленных участков шва и околошов-ной зоны, ускоряется десорбция водорода из шва в процессе его охлаждения и понижается содержание водорода в свариваемом металле ниже критического уровня.

Применение таких электронагревателей позволит улучшить качество сварных соединений ремонтируемых узлов строительных стальных конструкций и повысить работоспособность и надежность промышленных зданий и сооружений, эксплуатируемых на Севере, в целом.

і— Коротко об авторах---------------------------------------------

Никифоров И.Г. - заместитель генерального директора по капитальному строительству, ОАО ХК «Якутуголь»,

Чупейкина Н.Н. - кандидат технических наук, ОАО ХК «Якуту голь».

-------------------------------- © В.С. Квагинидзе, И.Г. Никифоров,

Н.Н. Чупейкина

УДК 66.232.8.004.12+658.382(043.3)

В.С. Квагинидзе, И.Г. Никифоров, Н.Н. Чупейкина

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РЕМОНТНОЙ СВАРКИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

звестно, что в сталях, используемых в строительных стальных конструкциях промышленных зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях Севера при отрицательных температурах, возникновение хрупкого разрушения должно быть затруднено. Для изготовления строительных стальных конструкций широко применяются низколегированные стали: 10ХСНД, 15ХСНД, 09Г2С и другие, а при ремонте металлоконструкций для замены поврежденных участков необходимо применять те же марки сталей, из которых изготовлены базовые узлы, или близкие к ним по химическому составу и механическим свойствам.

При ремонтной сварке низколегированных сталей необходим тщательный выбор сварочных электродов и технологических режимов сварки, которые обеспечивали бы созда-