Контроль качества сварки главной балки крана

Сварка главной балки крана — ключевой технологический процесс при производстве коробчатых и двутавровых балок мостовых и козловых кранов. Качество сварных швов напрямую влияет на несущую способность, усталостную долговечность и безопасность эксплуатации. В статье системно рассмотрен полный цикл сварочных работ: выбор сварочных материалов, конструкция разделки кромок, назначение параметров сварки, контроль сварочных деформаций и инспекция качества швов. Материал опирается на стандарты GB/T 5117 «Электроды покрытые для ручной дуговой сварки нелегированных и мелкозернистых сталей», GB/T 8110-2017 «Проволока сварочная для дуговой сварки в защитном газе углеродистых и низколегированных сталей» и GB/T 11345 «Неразрушающий контроль сварных швов. Ультразвуковой контроль. Технология, уровни контроля и оценка» и служит практическим справочником для инженеров-сварщиков и специалистов по контролю качества.

Конструкция сварных соединений главной балки и типы швов

Сварные швы коробчатой главной балки включают: продольные угловые швы между полкой балки и стенкой (четыре непрерывных угловых шва по всей длине — ответственные швы, воспринимающие изгибающие нагрузки), угловые швы между стенкой и поперечными рёбрами жёсткости, угловые швы продольных рёбер жёсткости со стенкой, а также стыковые и угловые швы в зоне соединения главной балки с концевой балкой. Размеры угловых швов определяются по нормам проектирования сварных конструкций стандарта GB/T 3811 и обычно составляют 0,7–1,0 толщины стенки, но не менее 6 мм. Продольные угловые швы выполняются непрерывными. Катет углового шва k назначается по меньшей из толщин полки и стенки: при толщине свариваемых элементов ≤20 мм k≥6 мм; при толщине 20–40 мм k≥8 мм; при толщине >40 мм k≥10 мм. Угловые швы поперечных рёбер жёсткости допускается выполнять прерывистыми для снижения сварочных деформаций, однако в пределах крайних четвертей пролёта с каждой стороны балки рёбра должны привариваться непрерывным швом. Двутавровая балка имеет два продольных угловых шва между полкой и стенкой, а также швы торцевых пластин — схема швов проще, чем у коробчатой балки, но требования к качеству столь же высокие.

Выбор сварочных материалов

Подготовка кромок и сборка

Продольные угловые швы главной балки, как правило, выполняются без разделки кромок — сварка ведётся по Т-образному соединению угловым швом. При толщине стенки балки свыше 20 мм для обеспечения провара на кромке стенки подготавливается односторонняя V-образная разделка (угол разделки 45°±5°, притупление 2 мм). Стыковые швы при сращивании стенки балки (когда длины листа недостаточно) выполняются с двусторонней V-образной или X-образной разделкой: угол разделки 60°±5°, притупление 1–2 мм, зазор в стыке 2–3 мм. Перед сборкой поверхности кромок зачищаются от масла, ржавчины, влаги и прочих загрязнений на ширину 20 мм с каждой стороны — до появления металлического блеска. При сборке используются сборочные приспособления и фиксаторы, обеспечивающие перпендикулярность полки балки и стенки (отклонение от перпендикулярности — не более 1/500 высоты стенки), параллельность полок между собой и прямолинейность главной балки по всей длине. Прихватки выполняются длиной 30–50 мм с шагом 300–500 мм; сварочные материалы и режимы — те же, что и для основной сварки. Прихваточные швы остаются в конструкции как часть основного сварного шва.

Параметры режима сварки

Сварка в защитном газе CO₂ — наиболее распространённый метод выполнения продольных угловых швов главной балки. Чистота CO₂ — не ниже 99,5 %, расход газа 15–25 л/мин. Согласованные параметры сварочного тока и напряжения дуги: при толщине металла 8–12 мм — ток 200–280 А, напряжение 24–28 В, скорость сварки 25–35 см/мин; при толщине 12–20 мм — ток 280–360 А, напряжение 28–32 В, скорость 20–30 см/мин; при толщине 20–30 мм — ток 360–420 А, напряжение 32–36 В, скорость 18–25 см/мин. Вылет электродной проволоки — 15–20 мм. Автоматическая сварка под флюсом применяется для серийного выполнения протяжённых продольных угловых швов главной балки. Параметры: при толщине металла 10–16 мм — ток 500–650 А, напряжение 32–36 В, скорость 30–40 см/мин; при толщине 16–24 мм — ток 650–800 А, напряжение 34–38 В, скорость 25–35 см/мин. Ручная дуговая сварка используется преимущественно для подварки рёбер жёсткости и коротких швов в торцевых зонах: при толщине металла 8–16 мм сварочный ток 180–240 А (электрод Ø4,0 мм). Температура окружающей среды при сварке — не ниже 0 °C, относительная влажность — не более 80 %, скорость ветра при сварке в CO₂ — не более 2 м/с (при превышении необходима установка ветрозащитного укрытия).

Контроль сварочных деформаций

Сварочная деформация главной балки — наиболее распространённый дефект качества при изготовлении. Основные проявления: боковая кривизна (изгиб балки в горизонтальной плоскости), отклонение строительного подъёма (несоответствие фактического подъёма в вертикальной плоскости проектным значениям) и коробление (скручивание балки вокруг продольной оси). Технологические меры контроля деформации включают: симметричный порядок сварки (сначала продольный угловой шов одной стороны, затем — противоположной, с чередованием и исключением непрерывной сварки с одной стороны), секционную обратноступенчатую сварку (разбивка длинного шва на участки 300–500 мм, сварка от середины к краям, каждый участок охлаждается до температуры прикосновения перед началом следующего), метод предварительной формовки (задание обратного выгиба при сборке, например, строительный подъём на 10–15 мм больше проектного с последующей усадкой до расчётного значения после сварки), жёсткое крепление (фиксация балки в сборочном приспособлении для ограничения деформаций) и рациональную последовательность сварки (сначала стыковые швы стенки балки, затем угловые швы рёбер жёсткости, и в последнюю очередь — продольные непрерывные угловые швы). После сварки выполняется общая правка балки: термическая (нагрев зоны деформации на полке балки или стенке кислородно-ацетиленовым пламенем до 600–650 °C с естественным охлаждением и усадкой) и механическая (холодная правка на прессе). Температура нагрева при термической правке не должна превышать 900 °C во избежание ухудшения свойств основного металла.

Контроль качества сварных швов и стандарты приёмки

Контроль качества сварных швов выполняется по ГОСТ 32415 (аналог GB/T 11345) и ГОСТ Р ИСО 17640 (аналог GB/T 29712) и включает три уровня: визуальный осмотр, неразрушающий контроль и механические испытания. Визуальному осмотру подвергаются все сварные швы: проверяется равномерность формирования поверхности, отсутствие трещин, пористости, шлаковых включений, непроваров и подрезов (глубина подреза не более 0,5 мм, суммарная протяжённость — не более 10 % длины шва), а также соответствие катета шва проектным требованиям. Неразрушающий контроль: ультразвуковой контроль (УЗК) продольных угловых и стыковых швов выполняется в объёме 100 %, класс чувствительности — не ниже B, уровень оценки — не ниже 2; поверхностные и приповерхностные дефекты угловых швов рёбер жёсткости в растянутой зоне и стыковых швов выявляются магнитопорошковым контролем (МПК). УЗК проводится по ГОСТ 32415: частота преобразователя 2,5–5 МГц, чувствительность — не ниже бокового отверстия Ø2×40 мм. Механические испытания выполняются на этапе аттестации технологии: испытание на растяжение, испытание на изгиб и испытание на удар (при −20 °C, KV₂ ≥ 27 Дж) металла шва; для каждой партии сваривается один контрольный образец для повторных испытаний. Стандарт приёмки: в шве не допускаются трещины, непровары и несплавления; диаметр одиночной поры — не более 3 мм, количество пор на 100 мм длины шва — не более 3; длина цепочки шлаковых включений — не более 10 мм, расстояние между включениями — не менее 6-кратной длины включения.

Часто задаваемые вопросы о деформации главной балки