наплавка легированных сталей

Когда говорят о наплавке легированных сталей, многие сразу представляют себе идеальные валики на новой заготовке в учебном цеху. На практике же, особенно при ремонте, всё упирается в старое железо, изношенное до предела, с неизвестной историей эксплуатации и скрытыми дефектами. Вот тут и начинается настоящая работа.

От теории к реалиям цеха: почему состав — это ещё не всё

В учебниках всё просто: выбрал электрод или проволоку с нужным содержанием хрома, никеля, молибдена — и вперёд. Но попробуй восстановить, например, проточную часть ротора ЦНД, которая десятилетиями работала в условиях эрозии и кавитации. Базовая сталь — 25Х1М1Ф, это понятно. Но за годы работы её структура изменилась, появилась отпускная хрупкость, могли наклёпаться поверхностные слои. Просто взять и наплавить ?родной? состав — прямой путь к трещинам или отставанию слоя.

Часто приходится идти на хитрость — использовать переходные слои. Сначала один-два слоя чем-то более пластичным и с хорошей адгезией к старому материалу, даже если его прочность ниже. Условно говоря, Э-42ХМ или что-то подобное. А уже потом выходить на основной легированный слой, который должен держать нагрузку. Это не по ГОСТу, это из практики выживания детали.

И ещё момент — предварительный и сопутствующий подогрев. Для 25Х1М1Ф рекомендуют греть до 300-350°C. Но если деталь массивная, как корпус подшипника турбины, и греть её целиком нет возможности, то локальный подогрев горелкой — это палка о двух концах. Можно создать опасные температурные градиенты. Иногда лучше рискнуть и варить с меньшим прогревом, но с максимально жёстким контролем межпроходных температур, чем перегреть одну зону.

Оборудование и материалы: что реально работает в условиях ремонта

Автоматическая наплавка под слоем флюса — это, конечно, идеал для серийных работ. Но в условиях ремонтного предприятия, такого как ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование, где каждый проект уникален, чаще спасает ручная дуговая. Гибкость выше. Для ответственных швов на корпусах клапанов или уплотняющих кромках диафрагм мы часто используем электроды типа ЦЛ-39 или их аналоги. Важно не столько название, сколько стабильность партии. Бывало, купишь якобы одинаковые электроды, а у одной пачки поведение при сварке другое — больше разбрызгивания, шлак иначе отстаёт. Видимо, просушка или покрытие хроматируют.

Для восстановления изношенных шеек валов небольших приводных турбин хорошо показывает себя механизированная наплавка порошковой проволокой. Производительность приличная, а разбавление основного металла меньше, чем при ручной дуговой. Но здесь своя головная боль — подготовка поверхности. Малейшая остаточная окалина или следы масла, которые не удалились даже после обжига, ведут к пористости. И эту пористость потом обнаруживаешь только на УЗК или, что хуже, при чистовой механической обработке.

Информацию по некоторым стандартным решениям и материалам можно иногда уточнить на ресурсе компании https://www.chinaturbine.ru, особенно когда речь идёт о типовых узлах паровых турбин. Но в жизни каждый ремонт — это нетиповая задача.

Конкретный кейс: восстановление уплотнительных гребней на роторе

Хочу разобрать один случай, который многому научил. Ротор от промышленной турбины, сталь 20Х3МВФ. Износ лабиринтных гребней. Задача — нарастить металл, а потом проточить до номинала. Казалось бы, классика. Выбрали проволоку Св-10ХГСМФ для наплавки в среде аргона.

Первый блин комом. Наплавили, вроде всё красиво. После отпуска для снятия напряжений пошли трещины, причём не продольные, а сеткой. Причина — слишком высокая погонная энергия. Металл зоны термического влияния перегрелся, зерно выросло. Для этой стали это смертельно. Легированные стали, особенно теплостойкие, очень капризны к термическому циклу.

Переделали. Уменьшили ток, увеличили скорость, сделали больше проходов тонкими валиками. Межпроходную температуру жёстко держали не выше 150°C, охлаждали медными прокладками. После наплавки — немедленный высокий отпух по полному режиму. В этот раз обошлось. Вывод: для наплавки легированных сталей параметры режима часто важнее, чем сам материал присадочной проволоки. Инструкция к проволоке даёт диапазон, а где внутри этого диапазона работать — решает сварщик или технолог, глядя на конкретную деталь.

Контроль качества: между необходимостью и возможностью

В идеальном мире после наплавки следует полный комплекс НК: УЗК, капиллярный контроль, твёрдость по сечениям. В условиях срочного ремонта, когда турбина стоит, часто на это нет времени. Выручает визуальный и измерительный контроль на каждом этапе. Особенно важно следить за формой валика и цветом побежалости. Если после прохода появляются резкие синие или радужные цвета — это сигнал о перегреве, нужно менять режим.

Обязательный минимум, от которого нельзя отступать, — это контроль на трещины капиллярным методом (например, пенетрантом) после первого слоя и после финишной термообработки. Пропустишь трещину — всё, работа насмарку, придётся счищать полностью. А счищать наплавленный слой с легированной стали — то ещё удовольствие, она очень износостойкая.

Часто проблемной зоной оказывается граница сплавления. Именно там любят сидеть непровары или, наоборот, прожоги. Здесь помогает тщательная механическая зачистка каждого предыдущего слоя перед нанесением нового. Шлифмашинкой снимаем все неровности и шлаковую корку. Трудоёмко, но необходимо.

Взаимодействие со смежными процессами: термообработка и мехобработка

Наплавка — это только полдела. Без правильной термообработки свойства наплавленного слоя будут неудовлетворительными. Для большинства хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей обязателен высокий отпуск (650-720°C) для снятия напряжений и получения структуры сорбита. Но вот нюанс: если деталь сложной формы (например, козырек сопловой коробки), то при нагреве в печи её может повести. Приходится разрабатывать специальные подставки или даже режимы с нагревом в несколько этапов.

И наконец, механическая обработка. Наплавленный металл часто имеет неравномерную твёрдость. Резец при точении или фрезеровании может ?играть?, что приводит к вибрации и ухудшению чистоты поверхности. Особенно это критично для уплотнительных поверхностей. Тут диалог с токарем жизненно важен. Иногда стоит пожертвовать производительностью, снизить подачу и скорость резания, чтобы получить качественную поверхность. Иногда, для особо твёрдых наплавок (например, на основе стеллита), приходится прибегать к шлифовке.

В рамках комплексного подхода к ремонту, который практикует ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование, наплавка никогда не является изолированной операцией. Это всегда звено в цепи: дефектация — подготовка — наплавка — термообработка — мехобработка — контроль. Сбой на любом этапе сводит на нет все предыдущие усилия. Именно поэтому к наплавке легированных сталей для энергетического оборудования нужно подходить не как к простому ?навариванию металла?, а как к сложной восстановительной технологии, где многое решает опыт и внимание к деталям, которые ни в одном руководстве не прописаны.