10 способов повышения производительности: ремонт и восстановление с помощью сварки

Проф. D. Norrish (перв. Потапова В. А.)

Ремонт путем сварки может понадобиться либо во время изготовления какой-либо конструкции или детали, либо в результате тех или иных повреждений при эксплуатации.

В первом случае повышение производительности лучше всего достигается путем исключительной необходимости в таком ремонте, тогда как во втором восстановление с использованием сварки может оказать положительное влияние на производительность не связанных со сваркой операций.

Ремонт в процессе изготовления

Один из традиционных и наиболее распространенных подходов к изготовлению конструкций путем сварки включает контроль и испытания важнейших узлов, после которых производится исправление всех обнаруженных неисправностей. Установлено, что расходы на ремонт на этом этапе производства, характеризуемом высокой добавочной стоимостью, могут до 10 раз превышать стоимость первоначальной сварочной операции. Кроме того, такая форма ремонта после изготовления нередко нарушает установленный порядок производства и его проведение вызывает большие трудности вследствие ограничений доступа и необходимости тщательной оценки степени важности дефектов и экономического обоснования необходимости ремонта. В условиях крупносерийного производства некоторые недорогие узлы, например автомобильные, нередко бывает дешевле превратить в лом, чем пытаться их ремонтировать. Для более крупных конструкций их высокая совокупная стоимость и длительный производственный цикл делают ремонт более рентабельным.

Наиболее значительные результаты в деле повышения производительности в этой области достигаются в случае соответствующего подхода к этой проблеме, а именно при наличии:

• соответствующей системы обеспечения качества;
• достаточного уровня обучения операторов;
• правильного выбора производственного процесса и сварочной техники;
• налаженного и содержащегося в исправном состоянии оборудования;
• оперативного контроля качества.

Большая часть указанных проблем обсуждалось в предыдущих статьях этой серии, однако наиболее важный фактор определяется конкретным применением. Так, оперативный контроль качества и адаптивное управление наиболее эффективно проявили себя при автоматизации и все интенсивнее используются в крупносерийном производстве. При изготовлении, например, автомобильных деталей и узлов ранние указания на их недостаточное качество могут быть использованы для прерывания процесса изготовления и решения возникших проблем, не дожидаясь, пока значительная часть продукции будет забракована.

В условиях ручного или полуавтоматического выполнения производственного процесса обучение операторов и осознание потенциальных проблем становится все более актуальным.

Восстановление – ремонт неисправностей, возникших в процессе эксплуатации

Неисправности, возникшие в процессе эксплуатации, обычно оказывают значительное влияние на производительность или конструктивные характеристики, но в целом это не связано с усовершенствованием сварочных и других операций, обеспечивающих соединение деталей. Однако производительность восстановления и ремонта можно определить по времени проведения и производимым затратам, а также по достигаемому качеству полученного узла или конструкции. В идеальном случае ремонт должен быть завершен с первой попытки и обеспечивать продление их срока службы. Неудачный ремонт может потребовать несколько попыток и в самом худшем случае приведет к снижению срока службы узла или конструкции либо может даже вызвать катастрофический отказ.

Результатом давления, вызываемого необходимостью восстановления производства или обеспечения непрерывной работы оборудования, может стать соблазн немедленно заняться ремонтом. Однако самое важное здесь – добиться логического подхода к ремонту с тем, чтобы свести к минимуму расходы и производственные срывы. Применительно к такому подходу рекомендуются следующие этапы:

• установить причину неисправности;
• определить состав материала;
• осуществить ремонт;
• проконтролировать результаты ремонта.

Определение причины дефекта

Выигрыш будет совсем невелик, если производить ремонт, не определив предварительно причину возникновения неисправности. Как правило, она может быть вызвана:

• дефектами, возникшими в процессе изготовления;
• неудачной конструкцией изделия или неадекватной прочностью его компонентов;
• отказом в результате износа, ползучести или усталости материала;
• неправильным использованием неожиданной перегрузкой.

Дефекты сварки, например водородное растрескивание в сталях и образование горячих трещин или пористость в алюминиевых сплавах возникают обычно в результате неправильного контроля. Перед тем, как попытаться исправить такие дефекты, очень важно определить технологические погрешности, которые могли их вызвать. Одна лишь ликвидация дефекта и повторная сварка вряд ли принесут успех.

Если причиной неисправности явилась неудачная конструкция, то ремонт, с помощью которого попытаются восстановить первоначальную конструкцию, будет неэффективен, а вследствие термических дефектов, возникающих при сварке, характеристики отремонтированной конструкции узла могут даже ухудшиться по сравнению с первоначальной, пусть даже и не совсем удачной.

При возникновении отказа в результате износа, ползучести или усталости важно знать, какое конкретно из этих явлений (а в случае износа, какой тип износа, т.е. абразивный, под действием ударных нагрузок, фрикционный, эрозионный, коррозионный) явилось причиной отказа.

Вследствие сходства неправильной эксплуатации со случайным повреждением нередко бывает трудно определить подлинную причину неисправности, да и обстоятельства, приведшие к возникновению повреждений, тоже могут быть сходными. Однако в любом случае надо собрать максимальное количество информации, что будет способствовать определению правильной технологии ремонта.

Определение правильного состава материала

Известно, что знание состава материала является основным для проведения первого этапа разработки технологии сварки. Не меньшее значение это имеет и для технологии ремонта и восстановления, поскольку ошибочное определение состава материала может привести к выбору совершенно неправильной технологии проведения сварки. Скажем, высоколегированные ферритные стали, а также аустенитные марганцевые широко применяют для изготовления горного и карьерного оборудования. Внешне эти стали довольно похожи, но их сварка должна проводиться совершенно по-разному. Высоколегированные ферритные стали часто требуют предварительной и послесварочной термообработки при высоких температурах, тогда как аустенитную марганцевую сталь для предотвращения растрескивания необходимо термически обрабатывать при низких температурах.

Идентификация материалов в случае ликвидации неисправностей после изготовления изделий не должна быть сложной, поскольку должны иметься оригинальные чертежи и технологическая документация. При возникновении неисправностей в процессе эксплуатации может оказаться необходимым проведение спектроскопического или химического анализа, хотя первоначальные сведения о составе материала могут дать цеховые испытания, например контроль твердости, использование магнита для определения, не является ли материал ферромагнитным, или проверка на искру.

Разработка технологии ремонта

В некоторых критических случаях технология ремонта может потребоваться уже на этапе первоначальной разработки технологии изготовления, однако по большей части технология ремонта должна быть разработана еще до начала работ по изготовлению. Эта технология может быть менее формальной, чем обычная процедура сварки, но здесь особенно важно определить основные переменные величины, а во время сварки учесть как можно большее количество информации.

В процессе разработки технологии ремонта сваркой необходимо определить режимы обработки, проводимой перед сваркой, а именно:

• режимы пред- и послесварочной термообработки;
• тип сварочного процесса и характеристики сварочного оборудования;
• расходуемые при сварке материалы;
• методику контроля сварного процесса и результатов сварки.

Проводимые перед сваркой процедуры включают осмотр объема и протяженности дефекта, удаление существующих трещин, очистку и проверку качества основного материала. Очень важно обеспечить, чтобы привариваемый материал был доброкачественным и без дефектов. Трещины, остающиеся в конструкции, скорее всего будут распространяться при том тепловом режиме, который обычно осуществляется в процессе сварки. Поскольку операции шлифования и поверхностной резки также являются причиной распространения трещин, то необходимо использовать так называемые ограничители трещин, т.е. отверстия, просверленные по траектории трещины для уменьшения интенсивности напряжений. Возможно также, что понадобится вокруг области трещины удалить материал с тем, чтобы установить причину дефекта. Это можно сделать с помощью специальных фрез. Если не требуется извлекать образцы материалов с места дефекта, необходимую площадку можно подготовить путем воздушно- дуговой или кислородной поверхностной резки, шлифования или механической обработки. После ликвидации трещины место трещины обычно проверяют, используя для этого жидкость с красителем или прибор, работающий с магнитными частицами. Это позволяет убедиться в том, что дефект полностью ликвидирован.

Состав материала и толщина сечения определяют требования к предварительной термообработке, однако степень ограничений может быть увеличена в зависимости от общей жесткости изделия и здесь требования к предварительной термообработке могут быть выше, чем для плит неограниченных размеров. У ферритных сталей для того, чтобы удостовериться, что дефекты не появились вновь, возможно возникнет необходимость использования снятия напряжений после сварки или обработки путем водородной диффузии.

Процесс сварки и выбор оборудования часто ограничены, особенно когда ремонт производится, ручной дуговой сваркой металлическим (плавящимся) электродом непосредственно на месте дефекта. При такой сварке требуется гибкое использование расходуемых материалов, поэтому она чаще всего и применяется для ремонтных работ. При наплавке путем сварки и восстановлении изношенных деталей сварка порошковой проволокой обладает более высокой производительностью по сравнению с ручной дуговой сваркой металлическим электродом и, кроме того, в этом случае имеются относительно широкий диапазон износоустойчивых расходуемых материалов. При выборе таких материалов следует помнить, что условия, в которых производится ремонт сваркой, скорее всего более сложные, чем при первоначальном изготовлении конструкции. К ней может быть, например, затруднен доступ, окружающая среда может быть влажной или насыщенной смазкой, в результате чего ограничения могут увеличиться. В этих условиях часто необходимо выбирать более «толерантные» расходуемые материалы, чем обычно используют для сварки в обычных условиях. Для ферритных сталей, например расходуемые материалы с низким содержанием водорода могут потребоваться при ремонте сваркой материала, который обычно сваривают универсальным рутиловым электродом. У более упрочняемых сталей использование в качестве присадочного металла аустенитной коррозионно-стойкой стали или сплава инконель может привести к увеличению пластичности и сопротивления холодному растрескиванию.

При ремонте в результате автомобильных аварий MIG- сварка вследствие своей более высокой производительности в основном заменила процессы кислородной сварки. Кроме того, у нее ограниченный подвод тепла (что ведет к снижению деформаций) и более высокое качество шва.

   К числу других процессов, которые могут быть наиболее полезными в области восстановления изношенных поверхностей, относятся различные виды напыления – кислородное или газопламенное, плазменное, а также высокоскоростное кислородное. TIG- сварку, плазменную и лазерную сварку тоже можно использовать для нанесения износоустойчивых покрытий и в промышленности при изготовлении изделий это обычно осуществляется чаще, чем ремонт и восстановление.

Контроль ремонта и сервисного обслуживания

Какой бы технологический процесс ни был использован для ремонта и сервисного обслуживания, очень важно, чтобы отдельные характеристики термообработки (например, температура предварительного нагрева и температура перед наложением последующего слоя покрытия) и параметры сварки точно измерялись и регистрировались во время ремонта. При восстановлении изношенных компонентов оптимальные результаты могут быть нередко достигнуты лишь после ремонта нескольких аналогичных компонентов и их достаточно длительной эксплуатации в реальных условиях. Регистрация параметров технологического процесса и контроль условий эксплуатации- это единственный путь, позволяющий убедиться в том, что достигнут наиболее производительный результат. Для осуществления ремонта других вышедших из строя компонентов регистрация параметров технологического процесса обеспечивает получение информации о контроле качества и является ценным подспорьем при ликвидации других неисправностей подобного рода.

Заключение

Сварку можно использовать для восстановления компонентов, вышедших из строя при осуществлении производственного процесса или во время эксплуатации. Ключом к реализации экономически эффективного ремонта является строгое соблюдение логической схемы его технологического процесса. Хотя может показаться, что такое соблюдение требует больше времени, чем неконструктивный подход к такой операции, именно оно скорее всего и обеспечивает наивысшую общую производительность как при ремонте компонентов сваркой, так и при их последующем сервисном обслуживании.

Литература

© stankoinform.ru