Разработано на основании и с использованием материалов руководящих документов:
- ТИ-КЦ-2010 Ремонт сваркой котлов железнодорожных цистерн из углеродистых и низколегированных сталей. Технологическая инструкция. Утверждена Комиссией Совета по железнодорожному транспорту полномочных специалистов вагонного хозяйства железнодорожных администраций (протокол от 20 - 22.04.2011, п. 2.1.3)
1.1 Инструкция НТИ-КЦ-2010 устанавливает единые требования к проведению подготовительных и сварочных работ при плановых видах ремонта котлов четырех- и восьмиосных цистерн выполненных из углеродистых и низколегированных сталей, предназначен-ных для эксплуатации в межгосударственном сообщении на железных дорогах государств-участников Содружества.
1.2 Действие настоящей Инструкции распространяется на все предприятия, производящие ремонт котлов цистерн по ЦВ/587 и ЦВ/627 механизированной и ручной дуговой сваркой.
1.3 На ремонтном предприятии должен быть разработан технологический процесс ремонта котлов цистерн сваркой, учитывающий специфику производства и состав оборудования, но не противоречащий требованиям ЦВ/587, ЦВ/627 и инструкции.
1.4 При ремонте котлов цистерн, имеющих избыточное давление газо-вой среды в котле при транспортировке или погрузке-выгрузке более 0,07 МПа при температуре до 50 °С, следует соблюдать требования Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, утвержденных Госгортехнадзором.
1.5 Цистерны, сдаваемые в ремонт и принимаемые из ремонта, должны соответствовать техническим условиям на вагоны-цистерны магистральных железных дорог шириной колеи 1520 мм по ГОСТ 10674.
1.6 Все сварочные работы при ремонте котлов цистерн и их элементов производятся в закрытых помещениях при температуре не ниже 5 ºС.
1.7 Дефекты котлов допускаемые к ремонту сваркой должны быть устранены в соответствии с Инструкцией по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов.
Котлы цистерн, приходящие в ремонт, в зависимости от назначения изготавливают из углеродистой стали по ГОСТ 380 и низколегированной стали по ГОСТ 19281, ГОСТ 5520. Химический состав углеродистых и низколегированных сталей котлов цистерн приведен в таблице 1.
Перед началом ремонта установить по технической документации материал котла, его узлов и элементов крепления, что определяет марки сталей для вставок, усиливающих накладок и сварочных материалов при ремонте.
При отсутствии данных по составу и свойствам сталей, необходимо проведение соответствующих контрольных испытаний.
Химический состав и механические свойства должны соответствовать требованиям ГОСТ 380 для углеродистой стали и ГОСТ 5520, ГОСТ 19281 – для низколегированной стали.
Таблица 1 - Химический состав углеродистых и низколегированных сталей котлов цистерн
Марка стали |
Массовая доля элементов, % |
|||||||
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Cu |
|
не более |
||||||||
Ст3сп |
0,14-0,22 |
0,15-0,30 |
0,4-0,65 |
0,050 |
0,040 |
0,3 |
0,3 |
не более 0,3 |
20К |
0,16-0,24 |
0,15-0,30 |
0,35-0,65 |
0,035 |
0,035 |
0,3 |
0,3 |
- |
09Г2 |
не более 0,12 |
0,17-0,37 |
1,4-1,8 |
0,04 |
0,035 |
0,3 |
0,3 |
не более 0,3 |
09Г2Д |
не более 0,12 |
0,17-0,37 |
1,4-1,8 |
0,04 |
0,035 |
0,3 |
0,3 |
0,15-0,3 |
09Г2С |
не более 0,12 |
0,5-0,8 |
1,3-1,7 |
0,04 |
0,035 |
0,3 |
0,3 |
не более 0,3 |
09Г2СД |
не более 0,12 |
0,5-0,8 |
1,3-1,7 |
0,035 |
0,035 |
0,3 |
0,3 |
0,15-0,3 |
Материалы для сварки углеродистых и низколегированных сталей дуговыми способами приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Химический состав углеродистых и низколегированных сталей котлов цистерн
Марка стали |
Сварочная проволока для сварки в защитных газах |
Защитный газ |
Электрод |
09Г2 |
Св–08Г2С |
Двуокись углерода по ГОСТ 8050, смесь 80 % аргона по ГОСТ 10157 и 20 % двуокиси углерода по ГОСТ 8050 |
Э50А |
Ст3сп |
Э42А |
Для газовой резки низкоуглеродистых сталей следует использовать:
– кислород по ГОСТ 5583;
– ацетилен растворенный по ГОСТ 5457;
– пропан-бутан по ГОСТ 20448;
– природный газ по ГОСТ 5542.
Для электродуговой резки использовать электроды ОЗР-1 по ТУ 14-4-321-73 или другие специализированные электроды для резки и выплавки.
Для воздушно-дуговой резки (строжки) применять омедненные угольные электроды марки ВДК ТУ 16-757.034-86, марки СК и т.п.
Сварочные электроды должны быть проверены на соответствии требованиям ГОСТ 9466 по состоянию поверхности покрытия (риски, задиры, вмятины, поры, шероховатость, оголенности стержня и т.п.), и эксцентриситету покрытия. Электроды с недопустимыми дефектами бракуются.
Каждую новую партию сварочных электродов проверять на соответствие сварочно-технологических свойств по ГОСТ 9466. Электроды, не удовлетворяющие требованиям по формированию шва и внутренним дефектам, бракуются. Допускается повторная проверка после прокалки.
Сварочные электроды должны хранится в сухих помещениях при температуре не ниже 17 ˚С с влажностью воздуха не более 70 %.
После получения со склада или длительного хранения, в случае нарушения режима хранения, электроды перед использованием должны быть прокалены при температуре согласно паспортным данным, техническим условиям или этикеткам. Режимы прокалки для некоторых сварочных электродов приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Режимы прокалки сварочных электродов
Марка электрода |
Тип электрода |
Температура |
Время выдержки, |
УОНИ-13/45 |
Э42А |
350–400 |
60 |
УОНИ-13/55 |
Э50А |
350–400 |
|
АНО-11 |
320–370 |
||
ТМУ-21У |
360–400 |
||
ЦУ-5 |
340–380 |
Временное хранение электродов в процессе выполнения работы и перерывах рекомендуется в сушильных шкафах с температурой не ниже 40 ˚С.
Сварочная проволока должна быть очищена механическим способом. Поверхность сварочной проволоки должна быть ровной, гладкой и чистой, без трещин, следов окалины и коррозии.
Условия хранения и организация выдачи электродов сварщикам должны исключать возможность их подмены.
Перед подготовкой (разделкой, вырезкой и обработкой) дефектных мест, последние должны быть очищены и проконтролированы методами неразрушающего контроля в соответствии с 8.1 для уточнения расположения границ дефектов, подлежащих исправлению.
Дефекты (их расположение и границы) обозначить на котле. Способ обозначения дефектов принимается руководителем ремонтных работ в зависимости от вида дефекта и их количества, местных условий и долговременности работ, а также возможного влияния способа обозначения на качество сварки. В случае обозначения кернением, последнее должно быть перекрыто наплавленным металлом.
По результатам контроля должно быть принято решение о способе исправления дефектов:
– вышлифовкой и заваркой;
– разделкой и сваркой;
– разделкой и сваркой с установкой усиливающей накладки;
– вырезкой и вваркой вставки.
При наличии дефектов на обечайке и днищах котла более допускаемых размеров неисправные элементы следует заменять в соответствии с ЦВ/627 и Инструкцией по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов.
Подготовку дефектных мест под сварку, а также изготовление накладок, вставок и заготовок для заменяемых элементов следует производить любыми механическими или термическими способами, освоенными предприятием.
Резку электродами марки ОЗР-1 производить на переменном или постоянном токе обратной полярности на режимах, приведенных в таблице 4. Наклон электрода к поверхности металла должен составлять от 10° до 15°, подача электрода – возвратно-поступательная.
Режимы резки электродами ОЗР приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Режимы резки электродами ОЗР
Диаметр электрода, мм |
Ток, А |
3,0 |
130–170 |
4,0 |
180–250 |
5,0 |
280–350 |
Примечание – В нижнем положении канавка не должна превышать глубину превышающую диаметр электрода на 2 мм.
Воздушно-дуговую резку (строжку) металла производить на постоянном токе обратной полярности на режимах приведенных в таблице 5. Электрод должен быть установлен к поверхности строжки под углом от 30° до 50°.
Таблица 5 - Режимы воздушно-дуговой резки (строжки) металла
Диаметр электродов марки ВДК, мм |
Ток, А |
Давление |
Вылет |
Скорость |
8 |
315-360 |
0,5-0,6 |
40-100 |
0,7-0,9 |
10 |
360-400 |
Примечание – Применять сварочные источники с крутопадающей вольтамперной характеристикой
Термическая резка должна сопровождаться последующей механической обработкой или зачисткой для полного удаления неровностей кромок, всех натеков на расстоянии от 20 до 30 мм от кромок реза.
После кислородной и плазменной резки достаточно удалить механическим способом только окисную пленку (должны отсутствовать цвета побежалости). В случае применения воздушно-дуговой резки графитовыми или угольными электродами требуется удаление механическим способом науглероженного слоя толщиной до 0,8 мм.
Термическую резку рекомендуется производить по линейке и шаблонам (копирам). Для улучшения качества реза рекомендуется первоначально прорезать имеющиеся закругления с помощью циркулярного устройства. Начинать резку целесообразно от засверловок, выполненных сверлом диаметром 6–10 мм.
После резки на гильотинных ножницах на кромках заготовок накладок или вставок, подлежащих сварке, необходимо механическим способом снять припуск, величина которого определяется толщиной наклепанного (смятого) металла и устанавливается визуально. Снятие припуска можно совмещать с разделкой кромок.
Усиливающие накладки должны соответствовать профилю ремонтируемого узла, детали. Вставки могут быть круглыми, эллиптическими или прямоугольными со скруглением углов радиусом не менее 50 мм. Вставки и накладки должны иметь маркировку, позволяющую установить марку стали.
После вырезки накладки произвести её вальцовку в холодном или горячем состоянии в зависимости от мощности имеющегося оборудования.
При ремонте котлов накладки (вставки) изготавливать из стали той же марки, что и материал котла. Возможная заменяемая марка стали указана в таблице 6.
Таблица 6 - Возможная заменяемая марка стали
Марка стали ремонтируемых |
Возможная заменяемая марка стали для вставок (накладок) при ремонте |
Ст3сп |
18К, 20К, 16К, 22К, 15, 20, 09Г2С |
09Г2С |
10Г2С1, 10Г2 |
09Г2 |
09Г2С |
09Г2Д |
10Г2С1 |
09Г2СД |
10Г2 |
Трещины, подлежащие ремонту, должны быть разделаны на глубину их залегания по всей длине. Угол раскрытия кромок разделки должен быть от 50° до 70°. Концы разделки должны иметь плавный выход на поверхность котла. Для сквозных трещин котлов рекомендуется односторонняя или двухсторонняя разделка, в зависимости от доступности для выполнения сварочных работ.
Разрешается нагревать дефектные места пламенем газовой горелки до 150 °С для лучшего выявления границ трещин.
Подготовку кромок под сварку вставок, нахлесточных соединений (накладок), а так же других деталей с основными элементами котла по форме и размерам выполнять в соответствии с ГОСТ 5264 – для ручной дуговой сварки, ГОСТ 14771 – для дуговой сварки в защитных газах.
При ремонте дефектов сварных швов с целью получения минимальной деформации стенок котла применять разделки, не превышающие ширину основного шва.
Местные несквозные дефекты на поверхности котла удалять абразивным кругом плавной выборкой (вышлифовкой) металла на глубину залегания дефекта.
Ширина зачищенного металла вокруг разделки кромок дефектов должна быть не менее 20 мм.
Подготовленная вставка накладывается на дефектную зону снаружи котла. Для предотвращения смещения и обеспечения плотного прилегания, на котел допускается приваривать упор. После очерчивания контура вставки на котле, осуществляется вырезка дефектного участка, подгонка вставки по месту, разделка кромок, сборка под сварку.
Допускается вставку изготавливать после вырезки дефектного участка котла. Перед подготовкой кромок на котле придать им прямолинейность и правильный радиус закругления с помощью абразивной или другой механической обработки. Отклонения от прямолинейности на всю длину кромок не должны превышать допуска на зазор разделки и должны быть учтены при определении размеров вставки.
Вставки и усиливающие накладки предварительно фиксируют прихватками с помощью электродов той же марки, что и применяемые при сварке.
Привариваемые временные сборочные устройства (скобы, упоры и т.п.) удалять механической или термической резкой. После удаления сборочных устройств остатки швов зачистить заподлицо с металлом, а впадины, выхваты и прочие дефекты, образовавшиеся на поверхности, подварить и зачистить.
Подключение сварочного кабеля к котлу цистерны должно быть осуществлено с помощью струбцин в непосредственной близости от места проведения сварочных работ. Искрение или подплавление металла в месте подсоединения кабеля не допускается.
Перед началом сварки проверить качество сборки соединяемых элементов, а так же состояние стыкуемых кромок и прилегающих к ним поверхностей.
Дефекты на котлах из углеродистой и низколегированной стали должны исправляться с использованием сварочных материалов, представленных в таблице 2.
Ремонт сваркой следует производить по возможности в нижнем положении. В вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях допускается ручная дуговая сварка электродами диаметром не более 4,0 мм и механизированная сварка в защитных газах проволокой диаметром не более 1,2 мм. При этом сварочный ток должен быть на (15 5) % меньше, чем при сварке в нижнем положении. Сварку следует выполнять предельно короткой дугой.
Рекомендуемые режимы для сварки углеродистых и низколегированных сталей для ручной дуговой сварки приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Рекомендуемые режимы для сварки углеродистых и низколегированных сталей для ручной дуговой сварки
Тип электрода |
Марка |
Диаметр |
Сварочный ток, А |
Род тока |
Э42А |
УОНИ-13/45 |
3,0 |
80-100 |
Постоянный ток, обратная |
4,0 |
130-160 |
|||
Э50А |
УОНИ-13/55 |
3,0 |
80-100 |
|
4,0 |
130-160 |
|||
АНО-11 |
3,0 |
90-110 |
||
4,0 |
150-180 |
|||
ТМУ-21У |
3,0 |
60-120 |
||
4,0 |
100-180 |
|||
ЦУ-5 |
2,5 |
50-100 |
Рекомендуемые режимы для сварки углеродистых и низколегированных сталей для механизированной сварки приведены в таблице 8.
Таблица 8 - Рекомендуемые режимы для сварки углеродистых и низколегированных сталей для механизированной сварки
Параметры сварного |
Способ сварки |
d, мм |
I, мм |
U, мм |
W, мм |
Удельный расход защитного газа, |
|
Глубина заполнения разделки |
Катет |
||||||
1,5-3,0 |
3,0-4,0 |
Механизи-рованная |
1,0 |
100-180 |
18-24 |
10-12 |
8-10 |
3,0-4,0 |
3,0-5,0 |
1,2 |
140-250 |
20-26 |
12-18 |
10-12 |
|
3,5-5,0 |
4,0-5,0 |
1,4 |
180-310 |
22-28 |
18-23 |
12-16 |
|
более 4,0 |
более 4,0 |
1,6 |
200-360 |
26-33 |
23-28 |
16-18 |
|
1,0-2,5 |
2,0-3,0 |
Механизи-рованная в смеси 80% аргона, 20% двуокиси углерода |
1,0 |
50-80 |
18-21 |
10-12 |
10-12 |
2,5-4,0 |
3,0-4,0 |
1,2 |
80-120 |
19-23 |
12-18 |
12-14 |
|
более 4,0 |
более 4,0 |
Механизи-рованная в смеси 80% аргона, 20% двуокиси углерода |
1,2 |
260-300 |
21-31 |
18-20 |
15-18 |
1,6 |
330-360 |
31-32 |
20-25 |
18-20 |
|||
* d - диаметр проволоки, I - сварочный ток, U - напряжение, W - вылет электрода
Примечание - положение сварки нижнее
При заварке трещин должно быть обращено внимание на качество выполнения корневых проходов шва, где наиболее вероятно зарождение трещин, выборку корня шва и его подварку (для сквозных трещин). Корневые валики шва необходимо тщательно контролировать (визуально) на отсутствие дефектов, прежде чем приступать к последующей сварке.
При заварке разделанных дефектов при ручной дуговой сварке для первого прохода применять электроды диаметром 2,5 или 3,0 мм, для последующих проходов – диаметром 4,0 мм.
Заварка несквозных трещин при глубине разделки более 5 мм должна производиться не менее чем в два слоя.
В процессе сварки после наложения каждого валика следует производить зачистку шва от шлака и брызг.
Кратеры должны быть выведены на металл шва и тщательно заварены. При сварке в несколько проходов кратеры не должны быть сосредоточены в одном месте. Возбуждение дуги при её обрыве должно начинаться на уже выполненном сварном шве.
При наличии в кратерах трещин, пор и шлаковых включений дефекты удаляются механическим путем до здорового металла, после чего производится заварка.
Если образовавшийся при разделке зазор превышает допустимые нормы, корневые швы необходимо выполнять на формирующей медной или керамической подкладке. При отсутствии доступа завышенный зазор допускается устранять наплавкой кромок с предварительно отработанной технологией на образцах, имитирующих конкретные условия.
При невозможности качественной заварки увеличенного зазора заварка трещины должна быть заменена вваркой вставки.
При исправлении дефектов и вварке вставок разделка кромок должна соответствовать типам сварных соединений С15, С21, С25, С45 ГОСТ 5264 для ручной дуговой сварки и С15, С21, С25 ГОСТ 14771 для механизированной сварки в защитном газе. Рекомендуется при двухсторонней сварке корень первого шва расчищать до чистого металла.
Поверхность сварных швов перед установкой усиливающих накладок следует зачистить до уровня основного металла. Зазоры в нахлесточных соединениях не должны превышать значений, допустимых по ГОСТ 5264, ГОСТ 14771.
Накладки должны быть приварены по контуру сплошным угловым швом с катетом, равным 0,7–0,8 толщины накладки.
Места механического и коррозионного износов восстанавливать наплавкой.
Исправление подрезов сварного соединения глубиной выше 0,5 мм производится вышлифовкой участка с последующей наплавкой валика. Исправление подрезов до 0,5 мм производится вышлифовкой участка до глубины не более 0,5 мм без последующей заварки.
Контроль сварки и ремонтных сварных соединений осуществляется в зависимости от объёма ремонта следующими методами:
– проверкой соответствия основных и сварочных материалов требованиям настоящей Инструкции, ЦВ/587, ЦВ/627 и стандартов или технических условий, по которым они поставляются;
– контроль качества подготовки дефектных участков и ремонтных соединений (разделка кромок, сборка, зачистка) под сварку;
– проверкой состояния сварочного участка и оборудования, режимов сварки;
– проверкой квалификации сварщика (по документам и при необходимости аттестацией);
– внешним (визуальным) осмотром и измерением согласно ГОСТ 3242 с применением переносных световых приборов с качеством освещения не менее 500 люкс и оптических увеличительных приборов;
– ультразвуковым методом неразрушающего контроля по ГОСТ 14782, ГОСТ 12503 или вихретоковым методом по РД 32.150-2000;
– магнитопорошковой дефектоскопией по ГОСТ 21105 для подтверждения результатов вихретокого контроля (в соответствии с требованиями изменения №1 к РД 32.174-2001);
– гидравлическим испытанием.
Контроль качества швов сварных соединений необходимо проводить в следующем объёме:
– для цистерн, подведомственных Ростехнадзору, при ремонте котлов цистерн, имеющих избыточное давление газо-вой среды в котле при транспортировке или погрузке-выгрузке более 0,07 МПа при температуре до 50 °С, следует соблюдать требования Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, утвержденных Госгортехнадзором ;
– для цистерн, не подведомственных Ростехнадзору, в объёме не менее 10 % от общей длины всех выполненных при ремонте сварных швов;
– для сварки швов приварки поддона под сливное устройство – не менее 100 %.
Котел считать выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено признаков разрыва, течи, слезок и потения в сварных соединениях и на основном металле.
Дефектные участки сварных швов выявленные после неразрушающего контроля и гидравлических испытаний должны быть удалены, вновь сварены и проверены.
К сварке и наплавке при ремонте котлов цистерн допускаются сварщи-ки, аттестованные на выполнение соответствующего вида работ согласно Ин-струкции по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов.
При производстве работ по ремонту сваркой котлов цистерн руководствоваться Инструкцией по сварки и наплавке при ремонте грузовых вагонов.