книги / Пособие по техническому надзору за безопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов

мического состава по длине проката, устойчивыми и относи­ тельно высокими показателями механической прочности, до­ статочной пластичностью (способностью воспринимать пере­ менные нагрузки), противостоять возникновению и распро­ странению трещин при сварке и низкой температуре во время эксплуатации.

Количественная оценка соответствия металла указанным требованиям устанавливается на основе следующих показа­ телей: механических свойств, химического состава, комплекса определенных свойств, под которыми подразумевается свари­ ваемость, склонность металла и сварных соединений к хруп­ кому разрушению.

Сопротивляемость стали разрушению при статическом воздействии внешней нагрузки характеризуется следующими механическими показателями: пределом прочности (<гв), пре­ делом текучести ((Тт), относительным удлинением (сужением)

(б). Предел текучести является одним из важных показателей пластичности материала, т. е. свойства материала не разру­ шаться внезапно при увеличении напряжений сверх предела упругости.

Пластичность принято оценивать отношением предела те­ кучести к пределу прочности (<гт/<гв). Чем меньше отношение <гт/(Гв, тем пластичнее материал. Для малоуглеродистых ста­ лей обычного качества (например, сталь Ст 3) <гт/ а в = 0,6. Стали низколегированные имеют пониженную (сгт/<гв = 0,7) пластичность. Ухудшение пластичности проявляется в повы­ шенной чувствительности низколегированных сталей к раз­ личным концентраторам напряжений. Поэтому применение при ремонте металлоконструкций сталей повышенной прочно­ сти должно сочетаться с конструктивно-технологическими ме­ роприятиями, обеспечивающими снижение концентрации на­ пряжений. К основным материалам при ремонте металлокон­ струкций относятся малоуглеродистые стали, главным эле­ ментом которых является углерод. С увеличением углерода повышается предел текучести при одновременном ухудшении пластических свойств стали (0,22% углерода в стали являет­ ся верхним пределом, а 0,1% — нижним пределом содержания углерода в стали). При меньшем пределе содержания углерода в стали ухудшается ее свариваемость.

На стойкость стали к хрупкому разрушению благоприят­ ное влияние оказывает марганец. Содержание его в стали мо­ жет быть допущено в пределах 0,5—0,8%. В сталях, предна­ значенных для сварных конструкций, количество марганца по

отношению к углероду должно быть в пределах 2,5—3,0%. По­ вышение марганца более 1,0% ухудшает свариваемость стали. На механические свойства стали оказывает определенное вли­ яние кремний. В небольших количествах 0,1—0,2% кремнцй используют в качестве раскислителя, что способствует более однородному распределению элементов в стали и повышению стойкости ее против хрупкого разрушения.

Отрицательное влияние на свойства стали в сварных со­ единениях металлоконструкций оказывают сера и фосфор. Вредное влияние серы проявляется в следующем: при содержа­ нии ее свыше 0,06% наблюдается красноломкость стали (обра­ зование трещин при сварке и термообработке), нарушается сплошность стали, повышается склонность ее к хрупкому раз­ рушению. Фосфор способствует повышению хрупкости стали. Поэтому в сварных конструкциях содержание серы и фосфора должно быть не более 0,04—0,045%.

Хром, никель и медь в углеродистых сталях обычного ка­ чества являются случайными элементами, попадающими по различным причинам. Примерное суммарное их содержание должно быть не более 0,3%. Азот свыше 0,008% влияет на свой­ ства стали подобно фосфору, повышает склонность металла к хрупкому разрушению.

Показателем склонности перехода стали в хрупкое состоя­ ние является ударная вязкость. При длительной эксплуатации грузоподъемной машины происходит самопроизвольное изме­ нение физических и механических свойств стали, называемое старением. Из-за неблагоприятных условий эксплуатации маг шин через несколько дней вследствие старения стали ударная вязкость может снизиться более чем в 2 раза по сравнению с первоначальным значением. Для оценки склонности сталей к старению проводят испытание образцов металла на ударную вязкость после их искусственного старения: нагрев образца до 373—523 К (100—250°С) в течение одного часа и затем вы­ тягивание его на 10%. Допустимое значение ударной вязкости после искусственного старения 29,4 Дж/м2.

Показателем прочности металла при повторно-переменных нагрузках является предел выносливости (усталости), т. е. наибольшее напряжение при бесконечном числе повторных наг пряжений. Разрушение металла от усталости всегда происхо­ дит от многократного воздействия переменной нагрузки. Стаг ли, обладающие хорошей пластичностью (например, Ст 3), наиболее выносливы.

Перед началом ремонта производят тщательный осмотр и

дефектовку заклепочных и болтовых соединений металлокон­ струкций грузоподъемных машин; определяют узлы и соеди­ нения, требующие замены заклепок или болтов.

Дефектную заклепку (коррозия, трещины, ослабление) уда­ ляют механическим путем. Для этого головку заклепки под­ рубают рубильным молотком и бородком выбивают стержень заклепки. При срубании головки заклепки необходима особая осторожность, чтобы не повредить кромки отверстия. Для уменьшения повреждаемости элементов соединения использу­ ют способ высверливания головки на ее высоту сверлом, диа­ метр которого на 3—4 мм меньше диаметра стержня заклепки, после чего головку срубают рубильным молотком либо лома­ ют с помощью оправки и выбивают стержень. В металлокон­ струкциях из углеродистых сталей головку рекомендуется сре­ зать газовым резаком. Эту операцию выполняет высококвали­ фицированный резчик, так как могут быть подрезы соедине­ ния. При замене дефектных заклепок в узле или стыке, имею­ щем до десяти заклепок, допускается одновременно удалять не более одной заклепки, а в узлах и стыках с большим количе­ ством заклепок — не более 10% общего числа заклепок данного узла или стыка. Возможность одновременного удаления более 10% заклепок в узле должна быть подтверждена расчетом.

После удаления дефектной заклепки проверяют заклепоч­ ное отверстие и, если в нем есть чернота, овальность, коси­ на и другие дефекты, превышающие проектные и допусти­ мые нормы, производят рассверловку отверстия до ближай­ шего ремонтного диаметра с проверкой расчетом допустимого дополнительного ослабления стенок и проверкой допустимого расстояния между заклепками, а также между заклепками и краями элемента.

Отклонение диаметра просверленных отверстий под за­ клепки и болты, а также овальность (разность между наиболь­ шим и наименьшим диаметрами) допускается +0,6 мм при диаметре до 17 мм и +1,5 мм — при диаметре свыше 17 мм.

Для рассверливания отверстий, снятия фасок и т. п. приме­ няют пневматические и электрические сверлильные машины с соответствующим набором режущего инструмента. Для за­ чистки неровностей, снятия фасок, очисткд поверхностей от коррозии применяют электрические и пневматические маши­ ны с набором шлифовальных кругов.

При сборе клепаных элементов используют оправки, сбо­ рочные болты. В процессе ремонта клепаных соединений при­ меняют холодную клепку с помощью пневматического молот­

ка при диаметре сверления заклепки не Ьолее 13 мм. При хо­ лодной клепке стержень сначала осаживается, заполняя отвер­ стие, затем образуется замыкающая головка, а стержень, про­ должая осаживаться, немного раздает отверстие. Характерной особенностью холодной клепки является хорошее заполнение отверстия стержнем заклепки и отсутствие прижатия скле­ панных элементов друг к другу. Недостатком холодной клепки является наличие значительных местных пластичных дефор­ маций, снижающих работоспособность конструкции. Поэтому применение холодной клепки для ремонта несущих металло­ конструкций грузоподъемных машин при длительном сроке их эксплуатации не рекомендуется.

Горячую клепку стальных конструкций производят с на­ гревом заклепки до определенной температуры, при которой металл становится более пластичным, что позволяет значи­ тельно уменьшить усилия, необходимые при склепывании эле­ ментов. Заклепку из углеродистых сталей нагревают в устрой­ стве (печи) до температуры 1273—1423 К (1000—1150°С, светло-оранжевый цвет), из низколегированной стали — до 1273—1373 К (1000—1100°С, темно-оранжевый цвет). Заклеп­ ку нагревают равномерно по всей длине. Недостаточный на­ грев закладной головки может вызвать хрупкое разрушение. Перед установкой в отверстие с нагретой заклепки удаляют окалину.

Поставленную в отверстие заклепку поджимают поддерж­ кой. Затем пневматическим молотком через обжимку форми­ руют замыкающую головку. При этом следят, чтобы обжимка не сбивала головку с центрального положения, для чего обкат­ ку, при которой рукоятка молотка описывает окружность, осу­ ществляют при готовой головке. Клепку заканчивают, когда головка заклепки приобретает темно-красный цвет (темпера­ тура 873 К). В процессе клепки не допускаются повреждения поверхности детали обжимкой. При замене ослабленных закле­ пок новыми часто происходит ослабление соседних. Это связа­ но со стяжкой пакета вновь поставленной заклепкой, что ино­ гда может привести к замене многих или всех заклепок, осла­ бленных при постановке соседних. В процессе ремонта метал­ локонструкции может возникнуть дополнительная операцияразметка отверстий под заклепки в новом элементе (напри­ мер, косынке или стержне) по отверстиям сопрягаемой детали или разметка по проектным размерам. В этом случае отвер­ стия просверливают, диаметр их должен быть на 2-4 мм мень­ ше требуемого. Элемент устанавливают на место, в отверстие

вставляют оправки или сборочные болты, после чего рассвер­ ливают на проектный размер. Сопрягаемые плоскости склепы­ ваемых элементов тщательно очищают от коррозии, неровно­ стей и т. п., чтобы обеспечить плотное прилегание элементов

впроцессе сборки.

Вслучаях замены отдельных элементов или секций метал­ локонструкций при необходимости изготовления новых закле­ почных соединений следует руководствоваться следующими требованиями:

заклепочные отверстия обрабатывают продавливанием на полный диаметр с последующей рассверловкой или сверлением с последующей рассверловкой. Рассверловка до окончательно­ го диаметра должна производиться после окончания сборки и проверки их размеров. Рассверловку на окончательный диа­ метр до сборки в отдельных деталях производят только по кондукторам;

отклонения в размерах отверстий для заклепок не должны превышать установленных величин, например, при номиналь­ ном диаметре заклепки 12 мм номинальный диаметр отвер­ стия должен составлять 13 мм; при диаметре заклепки 16 мм - диаметр отверстия 17 мм, при диаметре заклепки 20 мм — диаметр отверстия 21 мм, при диаметре заклепки 24 мм — диаметр отверстия 25 мм;

приемку рассверленных отверстий производят до постанов­ ки заклепок;

заусенцы на краях отверстий удаляют без снятия фасок. В местах прилегания готовых заклепок к склепываемому пакету Отверстия раззенковывают на 1,5 мм по глубине и диаметру; | качество и размеры поставленных заклепок контролируют­ ся осмотром, проверкой щупом, шаблоном и шнуром, а также обстукиванием молотком массой 0,3—0,4 кг обеих заголовок з&клепки в разных направлениях;

вновь поставленные заклепки подлежат приемке по акту. При этом проверяют простукиванием не только поставленные згклепки, но также смежные с ними. Все заклепки, признан- н ле при проверке слабыми, а также имеющие отклонения от установленных размеров, должны быть заменены и проверка проведена повторно.

При восстановлении ослабленных заклепочных соединений ц ементы обжимают с помощью монтажных болтов и пере­ клепка их ведется при положении крана, отвечающем наимень­ шей нагрузке этого узла. Наложение сварных швов на осла­ бленные заклепочные соединения, а также у головок заклепок

не допускается. В исключительных случаях допускается заме­ на дефектных заклепок высокопрочными болтами.

Соединение элемента металлоконструкции на высокопроч­ ных болтах обладает следующими преимуществами:

не требуются специальные средства стопорения гаек в со­ единении;

снижена трудоемкость соединения по сравнению с заклеп­ ками, так как болты устанавливают в отверстия с зазором в холодном состоянии;

отверстия под болты проще выполнить; обеспечивается большая выносливость болтового соедине­

ния по сравнению с заклепочным при переменных нагрузках за счет более равномерного распределения напряжения по се­ чению болтового соединения.

Высокопрочные болты используют для замены заклепок. Замену производят от середины узла к краям. При замене заклепок используют болты М18, М22, М24, М27 соответ­ ственно для заклепок диаметром 19—21, 23—25, 26—27, 28— 30 мм. При замене заклепок высокопрочными болтами отвер­ стия для них разрешается не рассверливать, если в существу­ ющие отверстия для заклепок болты входят без повреждения их резьбы. Если в существующих отверстиях имеются чер­ нота, овальность и косина, превышающие установленные до­ пуски, но не препятствующие свободной поставке (без повре­ ждения резьбы) и плотному опиранию опорных поверхностей шайб, рассверловка отверстий не требуется. Точность совпа^ дения отверстий для высокопрочных болтов во вновь доба[* вляемых элементах усиления с отверстиями существующей конструкции должна обеспечивать проектные геометрически^ размеры усиливаемой конструкции в пределах, установленнь для общих допусков.

Замену заклепок высокопрочными болтами выполняют при соблюдении следующих правил:

не разрешается применять смешанные клепано-болтовне соединения, в которых болты расположены только по одну ст>- рону от.продольной оси симметрии элемента. В таких случаях замене подлежат все заклепки продольного ряда, расположен­ ного симметрично относительно продольной оси симметрии j элемента;

все соприкасающиеся поверхности элементов в пределЦ стыков и креплений перед сборкой подвергают пескоструйной или огневой очистке, после которой они не должны иметь кор* розии, масляных пятен, отстающей окалины и других дефек­

тов, препятствующих полному прилеганию соприкасающихся поверхностей друг к другу. Такую очистку производят не ра­ нее чем за 12 ч до постановки высокопрочных болтов в соеди­ нение;

при замене дефектных и слабых заклепок высокопрочны­ ми болтами в эксплуатируемых крановых металлоконструкци­ ях, если очистка соприкасающихся поверхностей затруднена, очистке подлежат лишь наружные поверхности под шайбами высокопрочных болтов. В этих случаях разрешается очистку от старой краски и коррозии производить стальными скребка­ ми и щетками;

высокопрочные болты и шайбы перед постановкой их в конструкцию протирают сухими тряпками с целью удаления смазки, грязи и налетов коррозии с резьбы болта и гайки, а также с поверхности шайб;

перед затяжкой болтов на расчетное усилие резьбу гаек смазывают минеральным маслом. При этом не допускается смазывать резьбу болтов.

Для создания необходимого предварительного натяжения болта гайку затягивают определенным крутящим моментом. Последовательность постановки и затягивания болтов устана­ вливают при разработке технологии ремонтных работ. Затяж­ ку болтов в пределах стыка и крепления производят от сере­ дины соединения к краям. После натяжения последнего болта ранее затянутые болты соединения должны быть проверены и при необходимости подтянуты на заданную величину кру­ тящего момента. Гайки высокопрочных болтов завертывают в два этапа: в начале пневматическими гайковертами на 50— 80% расчетной величины натяжения, затем динамометриче­ скими ключами до расчетного натяжения с контролем вели­ чины крутящего момента. Затяжку гаек динамометрическими ключами производят плавно, без рывков. Усилие натяжения гаек высокопрочных болтов следующее:

Затягивание гаек высокопрочных болтов производят ключа­ ми, имеющими устройство для контроля крутящего момента с точностью до 5%. Отсчет по ключу величины крутящего момента производят в момент поворота гайки. Ключи долж­ ны быть пронумерованы и перед началом работы проверяют их тарировку. Результаты тарировки ключей заносят в специ­ альный журнал.

Каждый затянутый на нормальное усилие болт отмечают краской. После установки болтов в узле или стыке производят проверку натяжения болтов с помощью специального динамо­ метрического ключа, определяющего фактический крутящий­ ся момент. При этом контролю подвергают при 5 болтах в соединении 100% болтов, при 6—20 болтах — не менее 50% болтов; при 21 болте и более — не менее 25% болтов. Опре­ деляемый при контроле крутящийся момент не должен иметь отклонение от расчетного более чем 5—20%.

Если при контроле будут обнаружены “недотянутые” бол­ ты, то следует произвести 100%-й контроль болтов в узле и устранить обнаруженные отклонения. Высокопрочные болты, гайки, шайбы, на которых после натяжения обнаружены тре­ щины, должны быть немедленно заменены. Плотность затяж­ ки соединения после затягивания всех болтов до нормального усилия контролируют щупом по наружному контуру соедине­ ния. Щуп толщиной 0,3 мм не должен входить между частями пакета. Щуп толщиной 0,05 мм не должен проникать между частями пакета до стержня болта. После натяжения болтов и контроля плотности стягивания пакета все швы принятых соединений герметизируют. Для этого швы смазывают чистой грунтовкой, а щели в местах перепада толщин и зазоры в сты­ ках шпаклюют замазкой на свинцовом сурике или мастиками на синтетических смолах, затем производят окраску.

В процессе эксплуатации грузоподъемных машин после ре­ монта их металлоконструкций с применением болтов рекомен­ дуется вести наблюдение за узлами и стыками на высокопроч­ ных болтах, не реже двух раз в год проверять их обстукива­ нием молотком и контролировать натяжение гаек динамоме­ трическими ключами.

8.4.Ремонт металлоконструкций

сприменением сварки

Наиболее производительным, экономичным, надежным спо- собом-соединения элементов металлоконструкций при ремонте является сварка.

Сварку при ремонте металлоконструкций грузоподъемных машин применяют в двух случаях:

при замене неремонтопригодных узлов (стрелы, гуська, башни, флюгера, элементов рамы, балки, фермы) вновь изго­ товленными с применением сварки;

при ремонте элементов металлоконструкций с трещинами.

В практике ремонта металлоконструкций применяют в основном два вида сварных соединений: стыковые, соединя­ емые элементы которых лежат в одной плоскости, и угловые, плоскости элементов которых не совпадают.

По положению в пространстве сварочные швы в момент выполнения бывают нижние, вертикальные, горизонтальные и верхние потолочные. Наиболее трудной по своему выполне­ нию является сварка потолочного шва, так как расплавленный металл стремится вытечь из кратера. Прочностные показате­ ли наплавленного металла и сварного соединения при сварке потолочного шва обычно ниже, чем при других положениях сварного шва соединений. Поэтому применение потолочного шва при ремонте следует по возможности исключать.

При ремонте металлоконструкций грузоподъемных машин применяют преимущественно ручную сварку. В отдельных случаях, например при замене целых узлов мостовых кранов (концевых балок), изменении пролета моста, применяют полу­ автоматическую сварку.

В процессе электродуговой сварки большая концентрация тепла в зоне дуги значительно нагревает металл соединения в местах, прилегающих к шву. Затем при охлаждении распла­ вленного металла происходят изменение металла в шве и околошовной зоне и появление остаточных напряжений, которые достигают предела текучести металла. Остаточные напряже­ ния при сочетаниях с действующими напряжениями и их кон­ струкцией, обусловленными конструктивными или технологи­ ческими факторами, могут вызвать появление трещин и раз­ рушение конструкций. Поэтому при подготовке и в процессе сварки элементов металлоконструкций необходимо соблюдать требования правил, ГОСТов и технических условий.

Все исходные материалы (металл, сплавы, электроды, про­ волока и т. д.), предназначенные для ремонта сварных кон­ струкций, должны иметь сертификаты, а при их отсутствии -

ских условий. Сварочные материалы, применяемые для сварки стальных конструкций, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения (предел проч­ ности, предел текучести, относительное удлинение, угол за­ гиба, ударная вязкость) не менее нижнего предела указанных свойств основного металла конструкции, установленного для данной марки стали стандартами и техническими условиями.

Резка металла и подготовка кромок элементов для свар­

ки могут производиться любыми способами, обеспечивающи­ ми получение формы и размеров указанных в рабочих чер­ тежах. Резка металла и подготовка кромок деталей, чувстви­ тельных к структурным изменениям при быстром нагреве и охлаждении, должны производиться по технологии, исключа­ ющей возможность образования трещин или ухудшения каче­ ства металла на кромках, а также в зоне термического влия­ ния.

Резку заготовок деталей производят на ножницах, пилах трения, зубчатых пилах, а также автоматами и полуавтомат тами для кислородной резки и другими механизированными способами термической и механической резки, обеспечиваю­ щими требуемое качество поверхности. Кроме того, применя­ ют ручную кислородную или воздушно-дуговую и кислородно­ дуговую резку.

Кромки заготовок деталей после кислородной или дуговой резки должны быть очищены от грязи, шлака, брызг и наг плывов металла и не иметь зарезов, в целом занимающих бо­ лее 20% общей длины кромки. Кромки заготовок деталей, от­ резанные ножницами, не должны иметь заусенец и завалов, превышающих 1 мм, а также трещин и расслоений. Механи­ ческую обработку кромок деталей под сварку производят на глубину: 2 мм — после резки ножницами стали толщиной до 16 мм включительно; не менее 2 мм — для всех толщин стали после газовой резки.

Предельные отклонения размеров при обработке кромок под сварку должны соответствовать чертежам и техническим условиям.

Предельная разность толщины стыкуемых элементов ( S i — S ) при ручной сварке встык зависит от толщины тонкого ли­ ста S :

Бели разность толщины кромок листов, свариваемых встык, превышает указанную величину S i —. S при одностороннем пре­ вышении кромок и на величину 2 —5) при двустороннем превышении кромок, то на листе, имеющем большую толщи­ ну, должен быть сделан скос одной или двух сторон листа дли­ ной, равной 5(Si —S'), при одностороннем превышении кро­