Восстановление деталей сваркой

К сварке во время ремонта узлов техники в своей работе приходилось прибегать, наверное, каждому сервисному инженеру. Но долговечность и надёжность отремонтированного таким способом узла вызывает вопросы. Стоит ли использовать сварку или лучше ставить новое изделие?

Сварка — один из наиболее распространённых методов ремонта металлических деталей и узлов. Термическое соединение металла позволяет быстро и экономично восстановить повреждённые комплектующие, увеличивая их срок службы. Однако не все детали и узлы можно ремонтировать этим способом.

Для некоторых из них этот метод может быть не рекомендован, так как сварка может изменить структуру металла, что приведёт к снижению прочности и долговечности, особенно в условиях высоких нагрузок или агрессивных сред, говорит менеджер по гарантии и качеству продукта ООО «Кистоун Авто» (Altai Trucks) Валерий Карасев.

В частности, по его словам, детали, которые подвергаются значительным динамическим или статическим нагрузкам, могут не выдержать после сварки из-за влияния на кристаллическую решётку металла в зоне сварного шва. То же касается и запчастей, требующих высокой точности и минимальных допусков: они могут деформироваться из-за теплового воздействия.

«Не подлежат сварке подвеска, ходовая часть (амортизаторы, рессоры, стабилизаторы), тормоза (диски барабаны, колодки и т. д.), внутренности двигателя и коробки передач, т. е. те детали, которые потеряют свои изначальные физические характеристики в процессе нагрева.

Кроме того, недопустимо дополнительно усиливать или ослаблять несущие элементы кабины и рамы автомобиля (лонжероны, поперечины, стойки и усилители), которые рассчитаны на гашение энергии удара при столкновениях автомобиля с препятствием», — уточняет технический директор ООО «ААА Траксервис» (официального дилера MAN, Sinotruk, Isuzu, Hyundai, Ambertruck и JAC) Дмитрий Машуков.

Если режущие кромки ковшей, по сути, — расходный материал и их ремонт сваркой — обычное дело, то, к примеру, те же зубья ковша проще и дешевле заменить, чем восстанавливать, рассказывает менеджер по развитию сварочного производства «ЛОНМАДИ» (официальный дилер LOVOL) Олег Костин. По его опыту, если компонент имеет большие размеры и нужно заварить его небольшую часть, такой ремонт всегда целесообразен. Однако он не рекомендует восстанавливать этим методом детали, изготовленные из материала неизвестной марки: именно от этого зависит выбор сварочных материалов и технологии, поэтому результат может быть непредсказуемым и даже опасным.

В эксплуатации машин и механизмов бывают поломки разных видов, напоминает главный технический консультант ОАО «РИАТ» Юрий Гречаный. Он советует различать выход из строя деталей из-за естественного износа, поломки из-за неправильной эксплуатации и аварийные случаи.

«Металлоуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью и подходят для ремонта. С их помощью возможно устранять такие дефекты, как трещины, сколы и пробоины. Однако свариваемость значительно ухудшается при использовании чугуна и алюминиевых сплавов. Эти материалы трудносвариваемые: чугун — из-за высокого содержания углерода, а алюминий — из-за поверхностной оксидной плёнки, что создаёт дополнительные трудности.

При сварке металл подвергается воздействию высокой температуры и окружающего воздуха. Это зачастую приводит к насыщению кислородом, азотом и водородом, что вызывает образование нежелательных химических соединений. Важно понимать, что при правильной оценке свариваемости материала требуется учитывать его химический состав и подбирать соответствующие электроды.

Кроме того, сварка приводит к термическим изменениям в структуре кристаллической решётки металла, что может вызывать внутренние напряжения. Для их снятия после сварочных работ необходимо применять методы термической обработки», — объясняет главный инженер ООО «Демолишн» (ГК «Арасар») Сергей Есипко.

Как правило, восстанавливать методом сварки можно рамные конструкции машин, детали кабин, самосвальные кузова, говорит Юрий Гречаный и уточняет, что для этого существует специальная методика и технология восстановления сваркой, что указано в руководстве по эксплуатации машин.

«Для деталей, которые не подвергаются высоким нагрузкам или не являются критичными для безопасности, восстановление может быть вполне приемлемым вариантом. Также это применимо к запчастям, которые более не выпускают или их невозможно приобрести. Но нужно учесть, что восстановленные детали могут иметь меньший срок службы по сравнению с новыми, особенно если они работают в условиях высоких нагрузок или агрессивных сред», — уточняет Валерий Карасев.

При квалифицированной работе сварщиков и использовании современного оборудования возможно восстановление большинства деталей, считает Сергей Есипко, но предупреждает, что компонент после ремонта должен быть проверен на соответствие стандартам и режимам эксплуатации, так как неправильный подход и нарушение техники безопасности могут вызвать выход из строя, что, в свою очередь, может привести к летальному исходу.

По мнению Олега Костина, даже если восстановление будет стоить дороже замены, иногда экономически выгоднее переплатить: ресурс отремонтированной оригинальной детали будет в несколько раз больше, чем срок эксплуатации аналога.

Этап зачистки

Естественно, при ремонте комплектующих методом термического соединения металлов важно соблюдать определённые правила. Опытные мастера знают, что брак при сварке чаще всего — результат низкого качества подготовительных работ, говорит Дмитрий Машуков. Он напоминает, что пренебрегать этим этапом недопустимо, иначе итог окажется плачевным: дефекты, в том числе и такие, что не подлежат последующему устранению.

«К сожалению, в полевых условиях достичь высокого уровня подготовки поверхности достаточно сложно, и многие факторы могут негативно сказаться на конечном результате работы. Поскольку сварка может применяться на деталях, не подвергаемых высоким нагрузкам, важно заранее подготовить эту поверхность — она должна быть чистой и хорошо обработанной. Это повысит шансы на получение качественного сварного соединения», — предостерегает Сергей Есипко.

На поверхности деталей могут присутствовать масла, жиры, ржавчина, краска и другие загрязнения, которые могут выделять газы при нагреве, что приведёт к образованию пор и трещин в сварном шве, объясняет Валерий Карасев. Кроме того, добавляет эксперт, они могут стать причиной неполного проплавления металла, что приведёт к снижению прочности шва и повышению риска его разрушения под нагрузкой.

Г-н Карасев призывает использовать щётки, наждачную бумагу или абразивные инструменты для удаления ржавчины, окалины и других загрязнений, применять растворители или специальные химические составы для удаления масел и жиров, а также не пренебрегать нагревом поверхности для удаления летучих загрязнений, таких как влага или легко испаряющиеся масла.

Кстати, во время зачистки может выясниться, что в металле образовались трещины.

«Для старых деталей, которые долгое время подвергались высоким нагрузкам, восстановление через сварку может быть нецелесообразным. Часто в таких случаях более эффективно заменить деталь на новую, так как хотя бы частичное восстановление может не дать должного результата.
При наличии трещин в менее ответственных деталях, которые подвергались незначительным нагрузкам, методы сварки могут продлить срок службы такого узла.

Важно понимать, что метод сварки может быть эффективным при условии, что трещина была выявлена на ранней стадии и деталь не успела подвергнуться серьёзному износу. Правильный подход, выбор электрода и режима сварки также критичны для достижения успеха», — разъясняет главный инженер ГК «Арасар».

Дмитрий Машуков уточняет, что, к примеру, трещины корпуса КПП или рамы подлежат сварке при применении современного сварочного оборудования и расходных материалов в условиях проверенных СТО либо в специализированных компаниях.

А вот Юрий Гречаный категорично заявляет, что трещины в деталях — это признак окончательного исчерпания ресурса и можно однозначно сказать, что восстанавливать такую деталь не имеет смысла. Правда, он уточняет, что исключение составляют детали, вышедшие из строя в аварийных ситуациях.

«Практически любую трещину можно заварить, но нужно правильно подобрать технологию и материалы. Есть металлы, которые очень плохо свариваются. Для работы с ними следует привлекать инженеров-технологов, которые подробно пропишут методику», — рассуждает Олег Костин.

Валерий Карасев уверен, что небольшие трещины, которые не проходят через всю толщину металла, могут быть успешно устранены. Важно, чтобы разрыв материала был полностью проплавлен и заполнен сварочным материалом. А вообще, менее склонны к образованию пор после работы аппаратом для термосоединения низкоуглеродистые стали.

Когда сварка неэффективна?

Наши эксперты уже упоминали, что скреплять термическим способом можно далеко не каждый металл, указывая, в частности, на алюминий и чугун. Но есть и другие виды, работа с которыми требует крайней осторожности.

«Легированные стали обладают специфичными теплофизическими свойствами: низким коэффициентом теплопроводности и высоким коэффициентом теплового расширения. В зоне плавления металла и околошовной области возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия. Для сварки легированных сталей используют как ручную дуговую, так и механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов», — объясняет Дмитрий Машуков.

Существуют виды легирования, которые улучшают свариваемость сталей, уточняет Юрий Гречаный, поэтому очень важно перед восстановлением деталей сваркой знать их марку стали и химический состав и подобрать марку сварочного электрода. Эксперт однозначно даёт понять, что, если легированная сталь высокопрочная или противоизносная, например ШХ15, 110Г13Л, восстановить её сваркой не получится.

«Качество сварного шва также зависит от контроля температуры в процессе работы. При высококвалифицированной сварке и соблюдении всех режимов можно получить надёжное соединение, способное выдержать значительные нагрузки. Но если это делать неквалифицированно, легированные стали могут оказаться недостаточно прочными на истирание или под воздействием внутренних напряжений, что приведёт к их преждевременному разрушению», — предупреждает г-н Есипко.

Для сварки легированных сталей часто необходимы предварительный нагрев и последующая термическая обработка, что усложняет процесс и требует дополнительных затрат, говорит Валерий Карасев. Но даже при соблюдении этих условий вмешательство сварщика может привести к значительным остаточным напряжениям в металле, что увеличивает риск деформации или разрушения детали.

Тем не менее г-н Карасев отмечает, что современные материалы и технологии позволяют сваривать легированные стали с минимальными рисками, если использовать специальные присадочные материалы. А при применении лазера или плазмы тепловое воздействие сводится к минимуму, что улучшает качество шва. Кроме того, в некоторых случаях восстановление детали может быть экономически выгоднее, чем замена на новую, особенно если деталь редкая или дорогая, дополняет представитель «РИАТ».

Вообще, касательно перегрева все эксперты единогласны во мнении, что необходимо избегать этого явления, так как оно может привести к деформации, образованию трещин и снижению прочности сварного соединения.

Дмитрий Машуков акцентирует внимание на том, что нужно контролировать температуру металла ещё до старта сварки. Для этого нужно охлаждать заготовки перед началом работ, используя воду, воздух или специальные термостойкие подложки, а также применять, например, медные или алюминиевые подкладки, которые быстро отводят тепло.

Сергей Есипко рекомендует проводить работы с применением сварочных аппаратов, которые имеют функции контроля температуры и способны адаптироваться в зависимости от условий. Также он предлагает проводить частое прерывание процесса для охлаждения металла.

Валерий Карасев предлагает подготавливать кромки свариваемых деталей с учётом минимального зазора и правильной геометрии, что поможет уменьшить количество вносимого тепла, а кроме этого, применять лазерный или плазменный методы: они обеспечивают высокую концентрацию энергии и минимальное тепловое воздействие на прилегающие участки.

«Стоит подобрать оптимальные сварочные материалы. Жаростойкие сварочные электроды и проволока с добавлением хрома, никеля и молибдена повышают термостойкость. Также следует использовать электроды и проволоку с низким содержанием водорода.

Для улучшения защиты сварочной зоны можно использовать смеси аргона с гелием (он способствует лучшему рассеиванию тепла и снижает температуру сварочной дуги). Также можно наносить на окружающие зоны сварки охлаждающие жидкости (специальные термостойкие пасты или гели)», — рекомендует Дмитрий Машуков.

Подготовил Артём Щетников