CC BY
42
УДК 620.791
ТОТАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ РЕМОНТНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ КРУПНОГАБАРИТНОЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ
© Е.В. Пояркова, И.Р. Кузеев, А.М. Авдонин,
В.И. Полухина, Л.С. Диньмухаметова
Ключевые слова: мостовые краны; монтажные сварные швы; качество ремонта; тотальный контроль свойств. Показана возможность по механическому состоянию сварных элементов определять доминирующие причины брака и их вклад в образование дефектности ремонтных работ.
Применяемые в настоящее время принципы обеспечения безопасности эксплуатации крупногабаритных металлоконструкций (КГМ) в качестве обязательного элемента предусматривают периодический контроль состояния их основных силовых элементов, который осуществляется во время выполнения регламентных работ по техническому обслуживанию. Тщательная проработка различных факторов ремонтно'-монтажных работ металлоконструкции грузоподъемного оборудования позволила установить образование уникальной для каждого фактора, присущей только ему «структуры дефектности».
В осуществлении ремонтов КГМ в условиях действующего производства возникают определенные сложности:
- зачастую невозможно определить достоверные причины разрушения;
- практически отсутствует научно-методическая литература, содержащая четкие, однозначные рекомендации по проведению ремонтов мостовых кранов, а известные традиционные методы весьма категоричны и не всегда соответствуют данному конкретному случаю;
- ремонтные работы приходится проводить в условиях действующего производства, в стесненных крайне неблагоприятных условиях, с минимальным отпущенным на их реализацию временем.
Наиболее слабым и проблемным местом при ремонте мостового крана являются сварные соединения особенно после ручной дуговой сварки. Сварные швы, будучи концентраторами напряжений, представляют собой прослойки соединения, прочностные свойства которых отличаются от основного металла. Это обстоятельство должно учитываться при проектировании ремонтов.
Одним из самых ответственных узлов мостового крана, подверженных сложным видам статического и динамического нагружения, является его центральная часть - металлоконструкция несущей балки моста. Способ ремонта такой металлоконструкции заключается в усилении балок в местах стыков посредством приваривания дополнительной коробки прямоугольного сечения [1]. Сама балка моста состоит из верхнего, нижнего, вертикальных поясов и поперечных диафрагм, сваренных между собой в пустотелую коробчатую конструкцию. К низу пролетной балки приварена т. н. «лодочка» (рис. 1) как некий прототип сварной
«дополнительной» балки, высота которой не менее 1/10 от высоты пролетной балки.
Рис. 1. Ремонтная часть пролетной балки моста крана
Поскольку ремонтные работы осуществляются в условиях производства, ориентированного на изготовление металлоконструкций, то особый интерес будут представлять лишь сварные соединения, выполненные при монтаже потолочными швами, соединяющими пролетную балку крана и «лодочку».
Подготовленные для модельного эксперимента образцы подобной сварной конструкции были распилены на равные части толщиной по 10 мм и условно маркированы с 1 по 7.
С целью тотальной диагностики механического поведения сварных элементов конструкции на каждом типовом образце была измерена твердость в поперечном сечении шва неразъемных элементов деталей по схеме представленной ниже (рис. 2) в строгом соответствии с ГОСТ 6996-66. Твердость по Бринеллю измеряли согдасно ГОСТ 9012 на макрошлифах образцов с шлифованной поверхностью, шероховатость которой была от 1,25 до 2,00 мкм. Результаты замеров твердости основного металла (ОМ), различных участков зоны термического влияния (ЗТВ) и металла шва (МШ) были обработаны с помощью программы SigmaPlot и представлены в виде поверхностных диаграмм (рис. 2).
Поскольку изготовленные образцы были разделены с одинаковым интервалом на равные части, то это позволило представить объемную картину распределения твердости по всей длине исследуемого сварного соединения. Коэффициент упрочнения для каждого сечения установлен в интервале от 1,1 до 1,5.
1856
*
Образец 1
ш
Образец 2
Образец 3
Образец 4
Образец 5
Образец 6
Образец 7
Рис. 2. Схема замеров твердости в сварных элементах, поверхностные диаграммы распределения твердости, пример аварийного разрушения металлоконструкции моста
Красные области диаграмм соответствуют наиболее высоким показателям твердости сварного соединения, выраженных в единицах по шкале НУ. Это зона литого МШ, сформированного из металла электрода с более высокими механическими показателями по сравнению с ОМ соединения.
Располагающиеся вблизи более светлые области, соответствующие твердости 85-90 НУ, характерны для зон сплавления (тонких полос перехода от ОМ к МШ, где происходит непосредственное сращивание кристаллов металла шва с зерном основного металла).
Зоны, переходящие от желтого к зеленоватому, соответствуют твердости 65-75 НУ и характерны для зоны перегрева. В этой зоне наблюдается рост размеров зерна, а сами зерна расположены хаотично. Здесь были металлографически выявлены скопления неметаллических включений, приводящих к снижению механических свойств сварного соединения в целом.
В зоне нормализации наблюдается малое увеличение значений твердости, обусловленное структурными особенностями. Темные пятна на диаграммах в центральных зонах шва и околошовных зонах указывают на наличие шлаковых и газовых включений.
Выявление на поверхности (рис. 2, образец 7) значительного количества красных зон (резких скачков
повышений твердости) и темных зон (провалов), распределенных достаточно хаотично на всей площади топографического фрагмента диаграммы, обусловлено тем, что данный срез проходил по ЗТВ продольного шва модели сварной конструкции «лодочка».
Отличительные особенности диаграмм распределения твердости у разных образцов друг от друга свидетельствуют о качественном и количественном непостоянстве структурного поведения материала сварных элементов на протяжении всей длины сварной конструкции, несмотря на идентичность и характерную зональность сварных соединений. Различие также выражается и в «разноширотности» каждой из зон ЗТВ и присущим им отличным друг от друга механическим свойствам.
Полученные результаты указывают на структурномеханическую неоднородность, свойственную монтажным сварным швам, выполненным ручной электро-дуговой сваркой. Структурные изменения, произошедшие в листе металла (на диаграммах распределения твердости данный лист показан широкой полосой внизу), приводят к снижению его механических свойств. Неметаллические включения и рост зерна в ЗТВ служат источниками зарождения микротрещин, которые в совокупности с поверхностными дефектами могут при-
1857
2. Авдонин А.М., Пояркова Е.В., Полухина В.И. Оценка качества монтажных сварных швов при проведении ремонтов металлоконструкции грузоподъемного оборудования // Инновации. Инициатива. Опыт: сб. науч. тр. / отв. ред. Н.Е. Ерофеева. Орск: Изд-во
ОГТИ (филиала) ОГУ, 2012. Вып. 4. С. 107-121.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Poyarkova E.V., Kuzeyev I.R., Avdonin A.M., Polukhina V.I., Dinmukhametova L.S. TOTAL CONTROL OF REPAIR AND INSTALLATION WORK OF LARGE METAL STRUCTURES In this article it is shown that it is possible to determine the dominant causes of the defects and their contribution to the formation of the defect repair by a mechanical state of the welded elements.
Key words: bridge cranes; assembly welds; repair quality; total control of the properties.
УДК 629.78
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНЕЙНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА
© В.В. Штейнбрехер
Ключевые слова: источник тепла; температурное поле; теплопроводность; температуропроводность; измерение; контроль.
В целях разработки методов контроля ТФС материалов предложена математическая модель как упрощение общего решения задачи о температурных полях в области действия линейного источника тепла в плоскости контакта материалов, корректность которой и область ее существования подтверждена методом компьютерного моделирования и экспериментальными данными. Основываясь на этой математической модели, приведены способы неразрушающего контроля ТФС материалов.
Сведения о теплофизических свойствах (ТФС) веществ и материалов необходимы в различных областях науки и техники. Значительный интерес для контроля ТФС материалов представляют методы мгновенного и импульсного источников тепла, которые характеризуются малым временем проведения теплофизического эксперимента, простотой задания краевых условий, позволяют определять теплофизические коэффициенты из одного опыта [1, 3].
Рассмотрим физическую модель. Имеются два материала с теплопроводностью ^ и Х2 и температуропроводностью, соответственно, а! и а2. Также имеются граничная плоскость: полупространство по одну сторону от нее занято первым материалом, а по другую -вторым и источником тепла в виде прямой линии, лежащей в граничной плоскости. В момент времени т = 0 источник импульсно выделяет (равномерно по своей длине) количество тепла Q (в расчете на единицу длины). Требуется найти температурное поле в граничной плоскости во все последующие моменты времени.
Считаем, что линейный источник расположен вдоль оси у, граничная плоскость описывается соотношением г = 0.
Сформулируем двумерную краевую задачу, как
дт = а СУт+дЭ<0-°<х< »•'а 0)-£ = а&Э+г «»•*>•
(г > 0, со <х< о>,т> 0);
Т(х,+0,т) = Т(х,— 0,т);
Т(х,г,т) = 0.
При т> 0
дТ дТ ,
Х1_— (при г = —0) = ^2^ (при 2 = +0);
0 при |г| ^ о /(х,г,т) = ^ 5(х)6(г)х(2[0,е]),
где 5(^) - дельта - функция Дирака; /(г[0, е]) - характеристическая функция интервала [0, е], т. е.
*(Ф.„ц-р, г'И
М 1 " |0, г г [0,в]
Выражение для температурного поля в граничной плоскости при е ^ 0 имеет вид [2]:
вести к разрушению при эксплуатации (рис. 2, внешний вид трещины).
Подводя итог, заключаем, что для добротного и надежного ремонта КГМ, а также при подготовке ремонтных работ необходимо стремиться к снижению факторов, способных привести к ухудшению качест-вавсей металлоконструкции: максимальному снижению либо полному исключению потолочных швов; уменьшению «человеческого фактора» и увеличению культуры эксплуатации КГМ и ремонтных работ.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИИПТМАШ. Труды. Вып. 4 (99). Крановые металлоконструкции / под ред. Г.М. Николаевского, Е.М. Концевого. М.: Московская типография № 8 Главполиграфпрома, 1970. 230 с.
1858
