Параметры сварки стальной конструкции крана по ГОСТ 30026-2013

ГОСТ Р 30026-2013 как специализированный стандарт по сварке стальных конструкций кранов устанавливает полный комплекс технических требований — от аттестации технологии сварки до приёмки сварных швов по качеству. Правильное понимание и применение настоящего стандарта — необходимое условие обеспечения качества сварных соединений стальных конструкций кранов и их безопасной эксплуатации. В настоящей статье подробно рассматривается основное содержание стандарта, что поможет инженерно-техническому персоналу сварочного производства освоить методику выбора параметров режима сварки и критерии оценки при приёмке.

Позиционирование стандарта и система требований к сварке

ГОСТ Р 30026-2013 — специализированный стандарт по сварке стальных конструкций кранов. Вместе с ГОСТ Р 30025-2013 (изготовление стальных конструкций) и ГОСТ Р 30027-2013 (обработка и контроль стальных конструкций) он образует единую систему стандартов на изготовление стальных конструкций кранов. Соотношение с общими сварочными стандартами — ГОСТ Р 50661-2011 (правила сварки стальных конструкций) и NB/T 47014 (аттестация технологии сварки оборудования под давлением) — определяется следующим образом: настоящий стандарт имеет приоритетное применение для сварки стальных конструкций кранов; общие требования, не установленные настоящим стандартом, применяются по ГОСТ Р 50661. Стандарт подразделяет сварные швы стальных конструкций кранов по степени ответственности на три уровня: швы первого уровня (соединения, непосредственно влияющие на безопасность: стыковые швы главной балки, тавровые соединения полки балки со стенкой, швы крюковой траверсы и т.п.), швы второго уровня (основные несущие соединения: угловые швы рёбер жёсткости со стенкой, соединительные швы концевых балок и т.п.) и швы третьего уровня (швы элементов конструкции общего назначения).

Выбор сварочных материалов

Стандарт устанавливает, что выбор сварочных материалов (электроды, сварочная проволока, флюс и защитный газ) должен производиться по принципу равнопрочного или пониженнопрочного соответствия основному металлу:

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами — для стали Q235B применяются электроды серии E43 (например, E4303, E4315), для стали Q355B — электроды серии E50 (например, E5003, E5015). Основные электроды (E5015 и др.) перед применением должны быть прокалены в соответствии с Руководством по эксплуатации (выдержка 1 ч при температуре 350–400°C), после прокалки электроды хранятся в термопенале и выдаются по мере необходимости. Кислые электроды (E4303 и др.) прокаливаются при температуре 150°C в течение 1 ч. Время пребывания электродов на открытом воздухе не должно превышать 4 ч; при превышении — обязательна повторная прокалка (допускается не более 2 повторных прокалок).

Сварка под флюсом — для стали Q235B применяется проволока H08A в сочетании с флюсом HJ431; для стали Q355B — проволока H08MnA с флюсом HJ431. Флюс перед применением прокаливается (выдержка 2 ч при температуре 250–300°C). Сварочная проволока должна быть без коррозии и загрязнений маслом.

Сварка в защитном газе — для сварки в среде CO₂ применяется проволока ER50-6 (Ø1,0–1,6 мм), чистота CO₂ не ниже 99,5%. Сварка в смеси защитных газов (Ar 80% + CO₂ 20%) рекомендуется для ответственных швов — снижает разбрызгивание и улучшает формирование шва. Расход защитного газа — 15–25 л/мин; при скорости ветра свыше 2 м/с необходимо устройство ветрозащиты.

Проектирование сварных соединений и форма разделки кромок

Стандарт устанавливает чёткие требования к проектированию типовых сварных соединений стальных конструкций кранов:

Стыковое соединение — стыковые швы при соединении полок и стенок главной балки должны быть равнопрочными; форма разделки кромок выбирается в зависимости от толщины металла: при толщине ≤8 мм — I-образная разделка (зазор 1–3 мм); при толщине 8–20 мм — V-образная разделка (угол разделки 60°±5°, притупление 1–2 мм); при толщине 20–40 мм — X-образная разделка (двусторонняя сварка для уменьшения деформации); при толщине >40 мм — U-образная разделка (обеспечение провара корня шва). Усиление стыкового шва — 0–3 мм; избыточное усиление должно быть удалено зачисткой.

Тавровое соединение — тавровое соединение стенки главной балки с полкой — один из наиболее ответственных швов мостового и козлового крана. Для главных балок с режимом работы A5 и выше следует применять угловые швы с глубоким проплавлением или угловые швы с разделкой кромок; катет шва — не менее 0,7 толщины стенки. При толщине стенки ≥12 мм необходимо выполнять одностороннюю или двустороннюю разделку кромок (глубина разделки ≥4 мм) для обеспечения провара корня шва. Эффективная расчётная толщина таврового соединения не должна быть менее расчётного значения.

Угловое и нахлесточное соединение — катет углового шва при приварке рёбер жёсткости к стенке принимается равным 0,5–0,7 толщины стенки (минимум 4 мм). Длина нахлестки при нахлесточном соединении — не менее 5 толщин более тонкого листа. Концы угловых швов должны быть обведены (шов по контуру) — длина обводки не менее 2 катетов шва.

Контроль сварочного процесса

Стандарт устанавливает количественные требования к контролю ключевых параметров в процессе сварки:

Температура предварительного подогрева и межслойная температура — при толщине основного металла ≥40 мм или температуре окружающей среды ниже 0°C перед сваркой обязателен предварительный подогрев. Температура подогрева: для Q235B — ориентировочно 80–120°C, для Q355B — 100–150°C, для Q420 — 120–180°C. Межслойная температура (температура основного металла между соседними проходами) не должна быть ниже температуры предварительного подогрева и не должна превышать 230°C. Зона подогрева — по 100 мм с каждой стороны от сварного шва. Контроль температуры выполняется поверхностным термометром (инфракрасным или контактным) на расстоянии 50 мм от шва.

Погонная энергия сварки — погонная энергия Q = U·I/v (U — напряжение, В; I — ток, А; v — скорость сварки, см/мин). Слишком низкая погонная энергия приводит к образованию закалочных структур (риск холодных трещин), слишком высокая — к снижению вязкости сварного шва. Стандарт рекомендует следующие диапазоны погонной энергии для распространённых способов сварки: сварка под флюсом — Q = 20–45 кДж/см, CO₂-сварка — Q = 10–25 кДж/см, ручная дуговая сварка покрытым электродом — Q = 10–20 кДж/см. Конкретные значения определяются аттестацией технологии сварки (WPQR).

Порядок сварки — сварка главной балки должна выполняться с учётом минимизации сварочной деформации: сначала свариваются угловые швы стенки с нижней полкой балки (для создания строительного подъёма), затем — угловые швы стенки с верхним поясным листом, и в последнюю очередь — внутренние рёбра жёсткости. При сварке применяется обратноступенчатая сварка (длина участка 300–500 мм) или шахматный порядок для рассеивания тепловложения. Четыре продольных угловых шва коробчатой балки должны выполняться двумя сварщиками симметрично.

Постсварочная дегазация (удаление водорода) — для сварных соединений из высокопрочной стали толщиной ≥60 мм сразу после сварки необходимо провести дегазацию (выдержка при 200–250°C в течение 2–4 ч с последующим медленным охлаждением) для предотвращения холодных трещин.

Приёмка качества сварных швов и критерии оценки дефектов

Стандарт определяет классы приёмки качества сварных швов и критерии оценки дефектов:

Визуальный контроль — все сварные швы подлежат 100% визуальному осмотру. Критерии приёмки: на поверхности шва не допускаются трещины, непровары, наплывы, подрезы (для швов I класса глубина подреза ≤0,3 мм, для II класса — ≤0,5 мм, для III класса — ≤0,8 мм), а также поверхностная пористость (для швов I и II класса поры не допускаются, для швов III класса — не более 3 пор на 100 мм длины при диаметре ≤1,5 мм). Габаритные размеры шва должны находиться в пределах ±2 мм от проектных значений.

Неразрушающий контроль — для швов I класса выполняется 100% ультразвуковой контроль (УЗК) с дополнительной выборочной проверкой радиографическим контролем (RT) в объёме 10%; для швов II класса — 100% УЗК; для швов III класса достаточно визуального осмотра. Критерии приёмки УЗК — по ГОСТ Р ИСО 5817 (аналог GB/T 11345): для швов I класса — класс II (линейные дефекты не допускаются), для швов II класса — класс II. Критерии приёмки RT — по ГОСТ 7512 (аналог GB/T 3323): для швов I класса — класс II, для швов II класса — класс III.

Механические свойства — требования к характеристикам образцов из аттестации технологии сварки (WPQR): предел прочности при растяжении — не ниже нижнего предела нормативного значения основного металла; испытание на изгиб (d=4a, 180°) — без трещин; ударная вязкость KV₂ (-20°C) — не менее 27 Дж для швов I класса и не менее 20 Дж для швов II класса. Металлографический контроль макрошлифов: без трещин, непроваров, шлаковых включений; пористость — не более 2%.

Переделка дефектов — несоответствующие швы допускается переделывать, но не более 2 раз на одном участке. Перед переделкой дефект должен быть полностью удалён (строганием или зачисткой абразивным кругом), после чего выполняется повторная сварка. Переделанный участок подлежит повторному УЗК с оформлением акта. Вторая переделка допускается только с разрешения технического руководителя. Сварочный цех Келуде Тяжёлая Промышленность строго соблюдает данный стандарт: процент сдачи сварных швов с первого раза по всем швам I класса стабильно превышает 96%.

Сравнительная таблица параметров сварки стальных конструкций

В приведённой ниже сравнительной таблице представлены основные параметры конфигурации для сварки стальных конструкций — справочный материал для специалистов по выбору и эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы