Главная » Статьи » Современные технологии дуговой наплавки изделий трубопроводной арматуры, горно-шахтного оборудования, двигательных установок.
Современные технологии дуговой наплавки изделий трубопроводной арматуры, горно-шахтного оборудования, двигательных установок.
Комбинированные материалы широко применяются при производстве трубопроводной арматуры, горно-шахтного оборудования, авиационных и ракетных двигателей, промышленных энергоустановок и к настоящему времени уже стали традиционным решением для подобных изделий. Эти материалы обладают такими специальными свойствами, как коррозионная стойкость и жаропрочность, износостойкость, антифрикционные свойства и другие. Их получают путем нанесения на металл основы специального слоя, свойства которого определяются требованиями к изделию. Основные способы их нанесения — дуговая наплавка в защитных газах или под слоем флюса.
В последнее время производство таких изделий возросло за счёт реализации проектов по добыче и переработке нефти и газа, реконструкции электростанций, объектов атомной энергетике и военно-промышленного комплекса. Перед предприятиями-изготовителями стоят две задачи одновременно:
• Обеспечение высокого качества продукции с учётом перехода на Международные стандарты, в т.ч Евро 5;
• Снижение себестоимости продукции путем сокращения технологических издержек;
Традиционные технологии наплавки под слоем флюса (в т.ч. лентой), плазменно-порошковая и аргонодуговая наплавка, далеко не всегда способны решить насущные проблемы. Первые две технологии имеют существенные ограничения, поскольку с их помощью можно наплавить только простые, практически плоские поверхности. Нужно добавить и существенные издержки на покупку флюса и наплавочной ленты. Аргонодуговая наплавка имеет крайне низкую производительность и под силу только высококвалифицированным сварщикам. Наплавка штучным электродом малопроизводительна и характеризуется большим количеством брака и доработок изделий. Все перечисленные издержки поднимают себестоимость продукции, делая производство неэффективным.
Предлагается решить эту проблему при помощи высокотехнологичных процессов наплавки TigHotWire (THW) и СМТ.
Они позволяют получить широкий спектр комбинированных материалов высокого качества. Эти процессы охватывают материалы всех классов свариваемости вплоть до IV (плохо свариваемые), а также металлургически несовместимые комбинации материалов, такие как алюминий с оцинкованной сталью (СМТ процесс). Область применения процессов THW и CMT распространяется в т.ч. на следующие материалы:
• Конструкционные, котельные и трубные стали (типа Сr-Mo, Cr-Mo-V), чугун,
• Нержавеющие и специальные стали,
• Жаропрочные стали,
• Никелевые жаростойкие сплавы турбин, коррозионностойкие Inconel 600, 625, 718 и т.п,
• Сплавы на основе железа с повышенной твёрдостью и износостойкостью,
• Износостойкие «супер-сплавы» на основе кобальта и никеля (стеллиты и квази-стеллиты),
• Бронзы (кремнистые БрКМЦ-3-1, алюминиевые БрАМЦ-9-2 и другие);
1) «Tig Hot Wire» — по российским стандартам – это дуговая сварка/наплавка неплавящимся электродом подогретой присадочной проволокой в инертном газе (аргоне, гелии и их смесях).
Процесс наплавки THW характеризуется повышенной производительностью, а наплавленные слои – отличным качеством металла, что подтверждено всеми видами контроля.
К преимуществам THW процесса нужно отнести:
• Повышение производительности наплавки до 1,7 … 5 кг/час (в зависимости от особенностей применения); для аргоно-дуговой наплавки характерно около 0,5 – 1,5 кг/час;
• Высокая скорость наплавки до 40 см/мин (максимальные показатели достигаются при использовании двух присадочных проволок); для аргоно-дуговой наплавки характерно не более 20 см/мин;
• Легкая адаптация к многослойной наплавке;
• Степень перемешивания с металлом основы не более 5 — 10 % в первом и не более 5% во втором слое. Полное отсутствие дефектов в наплавке;
Рис. 1 Клапан запорной арматуры, наплавленный THW.
Слой из жаростойкого никелевого сплава Inconel 625. Диаметр присадочной проволоки 1, 2 мм. Скорость наплавки — 32 см/мин.
Одним из примеров применения процесса THW – это наплавка клапанов запорной арматуры для нефтедобывающей промышленности (рис. 1). В этом случае наплавляются цилиндрические и конические внутренние и наружные поверхности с пересекающимися отверстиями. Ось детали расположена вертикально и наплавка ведётся на стенке (в PF позиции). Максимальная производительность около 3 кг/час достигается при наплавке двумя горелками. Обычно, этот показатель для одной горелки составляет около 1,7 кг/час.
Технологический процесс полностью автоматизирован и управляется контроллером FPA 9000 или HMI в зависимости от требований к наплавленному слою. Реализованы инновационные функции программного обеспечения, охватывающие практически любую геометрию детали и обеспечивающие точное управление процессом, мониторинг качества и дистанционное обслуживание наплавочного комплекса:
• Наплавка пересекающихся отверстий/колодцев Bore-to-Bore (B-t-B),
• Авто-центрирование по 4-м точкам, наплавка канавок, возврат в прерванную позицию,
• Комбинированные колодцы из цилиндрических и прямолинейных поверхностей Race-Track (в т.ч. с B-t-B ),
• Прямоугольные колодцы (комбинация прямых участков и скругленных углов),
• Задание допустимых пределов сварочных режимов,
• Запись /просмотр текущих значений сварочных параметров,
• Документирование параметров на внешний диск через Ethernet,
• Объемная визуализация процесса в формате 3D,
• USB для записи на карты памяти и печать на принтер,
• Удалённая диагностика и обслуживание через LAN Ethernet, Интернет,
• TWIN наплавка двумя проволоками / Увеличение производительности до 70%
• Система видеонаблюдения за швом и большой ряд горелок.2)
2) В некоторых случаях для достижения оптимальных свойств наплавленного металла при максимальной производительности целесообразно применять технологию СМТ и CMT TWIN.
Процесс Сold Metal Transfer — «холодный перенос металла» СМТ — представляет собой дуговую сварку с вертикальными колебаниями проволоки в защитном газе. Частота колебаний возможна до 130 Гц. К преимуществам CMT наплавки можно отнести следующее:
• Высокую скорость процесса 60 – 80 cм/мин,
• Производительность наплавки обычно 6,5 кг/ч, ( в случае MIG/MAG не более 4 кг/час),
• Производительность CMT TWIN – «двойная проволока» 12 — 14 кг/час (в нижнем положении),
• Минимальное тепловложение в основной металл по сравнению с другим способами наплавки в защитных газах и высокую стабильность процесса за счёт механического слежения за дугой;
• Минимальное перемешивание с металлом основы менее 5% в первом и около 1% во втором слое;
Рис. 2. Наплавка уплотнительного выступа в корпусе крана методом CMT. 97,5% Ar + 2,5 % CO2
Коррозионностойкий слой. Диаметр присадочной проволоки 1, 2 мм. Скорость наплавки 60 см/мин.
Одним из характерных примеров применения процесса является наплавка уплотнительного выступа в корпусе крана Ду 600 … 1200 (рис. 2), изготовленного из чугуна ВЧ 40 (GGG 40) без предварительного и сопутствующего подогрева. С использованием проволоки Св-08Х20Н9Г7T и в комбинации с проволокой Св-07Х25Н13, наплавка выполнялась в два слоя со скоростью 60 см/мин.
Материал наплавки во втором слое соответствует по химическому составу стали 1.4370 (DIN X15CrNiMn18-8) и ТУ на российский аналог Св-08Х20Н9Г7T. Твёрдость слоя: 201 – 230 НВ.
Выводы:
1) для качественной наплавки изделий трубопроводной арматуры, горно-шахтного оборудования, авиационных и ракетных двигателей, промышленных энергоустановок рекомендуется применять автоматизированное оборудование наплавки методами Tig Hot Wire и СМТ .
2) Для плакирования и сварки высокоответственных изделий (коррозионностойкие и жаростойкие слои), а также наплавки труднодоступных мест в отверстиях диаметром от 25 мм и т.п, следует использовать процесс Tig Hot Wire.
3) Максимальная производительность наплавки достигается при подаче двух проволок. Для СМТ TWIN эта величина составляет 12 — 14 кг в нижнем положении, поэтому этот процесс может заменить наплавку и сварку под слоем флюса.
Авторы: ООО «Технологический центр ТЕНА» (495) 787-33-16, Москва, Окружной проезд, д.5, стр.1 Бычковский С.Л (генеральный директор), Топоров И.Б. (руководитель отдела автоматизированного оборудования), Кудряшов Н.О (инженер-технолог), Павлов Е.И (инженер-технолог). Для подготовки статьи использована информация из технических отчетов, статей из корпоративного журнала Fronius «Weld + Vision» и презентаций компании.
Статья опубликована в журнале «Сварочное производство» №5 2014 г.