RU2072289C1

RU2072289C1 - Constructional part repair method

Info

Publication number: RU2072289C1
Application number: RU93033076A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Воронцов; А.А. Беспалый
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: repair of metal constructions, such as bridge constructions, parts and units of lifting and road-building machines. SUBSTANCE: method involves drilling hole at the end part of crack; spreading and welding crack. Hole is drilled at distance from crack end equal to 0.4-0.5 of its diameter in direction tangential to radius of curvature of arced portion adjacent to crack end. Crack is spread at an angle of 50 deg ≅ α≅ 75 deg. Upon welding of crack, construction under repair is subjected to multiple (at least triple) loading cycle, with stress in part exceeding nominal value by 25%, and to single cycle loading to nominal value in part. Spreading of crack is effectuated at variable spread angle along its length. Method may be used to repair constructions made from metal rolled products and castings of thickness not exceeding 40 mm. EFFECT: increased efficiency, simplified method, improved quality of repaired parts and enhanced reliability in operation. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ремонта конструкций, изготовленных из металлопроката и литья толщиной не более 40мм, в том числе строительных конструкций мостов, элементов и узлов подъемно-транспортных и дорожно-строительных машин. The invention relates to the field of repair of structures made of metal and casting with a thickness of not more than 40 mm, including building structures of bridges, elements and components of hoisting and road-building machines.

Известен способ ремонта элементов конструкции толщиной 5 25 мм в случае появления трещин, заключающийся в том, что ограничивают распространение трещины путем сверления отверстия вблизи конца трещины, после чего кромки трещины разделывают под сварку и трещину заваривают по всей длине, причем выполненное отверстие не заваривают. Конец и начало выполненного шва зачищают любым механическим способом [1]
Недостатком данного способа является то, что не указаны правила выбора диаметра выполняемого отверстия в зависимости от толщины элемента и не учитывается уровень и характер распределения остаточных сварочных напряжений, величина которых при определенных условиях может достигать на определенных участках шва предела текучести, что может привести к значительному снижению усталостной прочности элемента конструкции.A known method of repairing structural elements with a thickness of 5 25 mm in the case of cracks is that they limit the propagation of cracks by drilling holes near the end of the cracks, after which the edges of the cracks are cut for welding and the crack is welded along the entire length, and the hole is not welded. The end and the beginning of the completed seam are cleaned by any mechanical method [1]
The disadvantage of this method is that the rules for choosing the diameter of the hole to be made are not indicated depending on the thickness of the element and the level and nature of the distribution of residual welding stresses, the value of which under certain conditions can reach the yield strength in certain sections of the seam, which can lead to a significant reduction fatigue strength of a structural member.

Известны также способы ремонта элементов конструкции, заключающиеся в том, что ограничивают распространение трещин засверливанием их конца с последующей установкой в выполненное отверстие болта [2] или группы болтов вблизи конца трещины [3] с последующей их затяжкой с целью создания поля (полей), сжимающих напряжений. К недостаткам данных способов можно отнести то, что они приемлемы только для очень ограниченного количества металлоконструкций, т. к. требуют свободного доступа к дефектным участкам элементов с обеих сторон, а для полного восстановления несущей способности элементов металлоконструкций установка усиливающей накладки (пластины) на дефектное место невозможна. There are also known methods of repairing structural elements, which include limiting the propagation of cracks by drilling their end, followed by installing a bolt [2] or a group of bolts near the end of the crack [3] in their hole and then tightening them to create compressive fields (fields) stresses. The disadvantages of these methods include the fact that they are acceptable only for a very limited number of metal structures, because they require free access to defective sections of elements on both sides, and to completely restore the bearing capacity of metal structures, the installation of a reinforcing lining (plate) on a defective place impossible.

Целью настоящего изобретения является повышение качества ремонта и восстановление несущей способности элементов конструкции и увеличение их срока службы. The aim of the present invention is to improve the quality of repair and restoration of the bearing capacity of structural elements and increase their service life.

Для достижения поставленной цели отверстие сверлят на расстоянии от конца трещины, равном 0,4 0,5 его диаметра, в направлении по касательной к радиусу кривизны участка дуги вблизи конца трещины, а разделку трещины производят под углом 50^o≅α≅75^o, причем после заварки трещины отверстие рассверливают до диаметра, зависящего от толщины элемента конструкции. После заварки трещины производят многократное, но не менее трех, нагружение конструкции с превышением напряжения в элементе на 25% от номинального и однократное нагружение конструкции до номинального уровня напряжений в элементе. Разделку трещины производят с переменным углом разделки по ее длине.To achieve this goal, the hole is drilled at a distance from the end of the crack, equal to 0.4 0.5 of its diameter, in a direction tangential to the radius of curvature of the arc section near the end of the crack, and the crack is cut at an angle of 50 ^o ≅ α≅75 ^o , and after welding the crack, the hole is drilled to a diameter depending on the thickness of the structural element. After welding the cracks produce multiple, but not less than three, loading of the structure with excess voltage in the element by 25% of the nominal and single loading of the structure to the nominal level of stress in the element. The crack is cut with a variable cutting angle along its length.

На фиг. 1 изображен участок элемента конструкций с трещиной;
на фиг. 2 разделка трещины в сечении А А на фиг. 1;
на фиг. 3 то же, в сечении Б-Б.In FIG. 1 shows a portion of a structural member with a crack;
in FIG. 2 a crack is cut in section A A in FIG. one;
in FIG. 3 the same, in section BB.

Способ ремонта элементов конструкции, изготовленной из металлопроката, осуществляется следующим образом. В разгруженном элементе 1 конструкции с трещиной 2 в направлении ее распространения по касательной 3 к радиусу кривизны R участка дуги вблизи конца трещины 2 сверлят отверстие 4 диаметром d₁ 10 12 мм с центром на расстоянии (0,4 0,5)•d₁ от выявленной визуальным способом конца трещины 2 (фиг. 1). Кромки засверленной трещины разделывают под сварку любым механическим способом (фиг. 2, 3) вплоть до выполненного ранее отверстия d₁, причем для обеспечения более благоприятного распределения остаточных сварочных напряжений после заварки трещины 2 угол a разделки кромок может выполняться переменным для элементов конструкции 1 толщиной не более 16 мм: от a 50^o±5^o у свободной кромки 5 элемента 1 (фиг. 1) до a 75^o±5^o (фиг. 3) вблизи конца трещины 2 (фиг. 1) с плавным измерением по ее длине или a 50^o±5^o на длине (0,3 0,4)•l_тр. от свободной кромки 5 элемента 1 и a 75^o±5^o на длине (0,7-0,6)•l_тр. или постоянной для элементов 1 толщиной 16 40 мм и равный a 50^o±5^o, где l_тр. максимальная длина выявленной визуальным или другим способом трещины.The method of repair of structural elements made of metal is as follows. In the unloaded structural element 1 with a crack 2 in the direction of its propagation along the tangent 3 to the radius of curvature R of the arc section near the end of the crack 2, a hole 4 with a diameter of d ₁ 10 12 mm is drilled with a center at a distance of (0.4 0.5) • d ₁ from revealed by visual means the end of the crack 2 (Fig. 1). The edges of the drilled crack are cut for welding by any mechanical method (Fig. 2, 3) up to the hole d ₁ made earlier, and to ensure a more favorable distribution of the residual welding stresses after welding the crack 2, the angle of edge cutting can be made variable for structural elements 1 with a thickness not more than 16 mm: from a 50 ^o ± 5 ^o at the free edge 5 of element 1 (Fig. 1) to a 75 ^o ± 5 ^o (Fig. 3) near the end of crack 2 (Fig. 1) with a smooth measurement along its length or a 50 ^o ± 5 ^o at a length of (0.3 0.4) • l _tr. from the free edge 5 of the element 1 and a 75 ^o ± 5 ^o at a length of (0.7-0.6) • l _tr. or constant for elements 1 with a thickness of 16 40 mm and equal to a 50 ^o ± 5 ^o , where l _Tr. the maximum length of a crack detected by visual or other means.

Заварка трещины производится любым доступным способом с обеспечением необходимых прочностных и пластических характеристик соединений. Для уменьшения остаточных напряжений после сварки и удаления возможных дефектов в зоне окончания выполненного шва необходимо:
1. произвести нагружение всей конструкции таким образом, чтобы напряжения в элементе 1 с заваренной трещиной 2 превысили номинальные на 25%
2. после трехкратного нагружения элемента металлоконструкции в процессе четвертого нагружения до уровня номинального напряжения, незаваренное отверстие 4 диаметром 10 12 мм рассверлить до соответствующего диаметра d₂, определяемого толщиной элемента 1 с трещиной 2 (фиг. 1):
d₂ 16 мм при d < 8 мм;
d₂ 0,033•δ² + 14 мм при 16≥d≥8;
d₂=24 при 40≥d>16 мм с последующей проверкой условий прочности;
3. рассверленное отверстие 4 не заваривают, а его кромки обрабатывают механическим способом для снятия заусенцев и тому подобных дефектов с целью повышения усталостной прочности элементов металлоконструкции.Crack welding is carried out in any way possible, ensuring the necessary strength and plastic characteristics of the joints. To reduce residual stresses after welding and remove possible defects in the end zone of the completed weld, you must:
1. load the entire structure so that the stresses in the element 1 with the welded crack 2 exceed the nominal by 25%
2. after triple loading of the metal structural member during the fourth loading to the level of rated voltage, drill an unbored hole 4 with a diameter of 10 12 mm to the corresponding diameter d ₂ , determined by the thickness of the element 1 with a crack 2 (Fig. 1):
d ₂ 16 mm with d <8 mm;
d ₂ 0,033 • δ ² + 14 mm at 16≥d≥8;
d ₂ = 24 at 40≥d> 16 mm followed by verification of the strength conditions;
3. the drilled hole 4 is not welded, and its edges are machined to remove burrs and the like defects in order to increase the fatigue strength of metal structural elements.

После выполнения прочностного расчета, в случае необходимости, производят усиление элемента конструкции, например путем установки пластин, перекрывающих трещину. Если выявленная трещина имеет максимальную длину l_тр., не превышающую (5 10)•d, где d толщина элемента конструкции, то после заваривания трещины последующее рассверливание отверстия 4 диаметром d₁ до диаметра d₂ может быть проведено без предварительного нагружения элемента конструкции 1.After performing the strength calculation, if necessary, reinforce the structural element, for example by installing plates that cover the crack. If the identified crack has a maximum length l _tr. not exceeding (5 10) • d, where d is the thickness of the structural member, then after welding the crack, the subsequent drilling of the hole 4 with a diameter of d ₁ to a diameter of d ₂ can be carried out without preliminary loading of the structural member 1.

Вышеописанный способ ремонта элементов конструкции эффективен в работе. Он позволяет практически полностью восстановить несущую способность конструкции с повышением ее долговечности не менее чем на 30% по сравнению с известными, используемыми в настоящее время, способами ремонта конструкций с трещинами. The above method of repairing structural elements is effective in operation. It allows you to almost completely restore the bearing capacity of the structure with an increase in its durability of not less than 30% compared with the currently known methods of repairing structures with cracks.

Claims

1. The method of repair of structural elements made of rolled metal, which consists in the fact that a hole is drilled at the end of the crack, after which the crack is cut and welded, characterized in that the hole is drilled at a distance from the crack end of 0.4-0, 05 of its diameter, in a direction tangent to the radius of curvature of the arc section near the end of the crack, and the crack is cut at an angle of 50 ^° ≅α≅ 75 ^°, and after welding the crack, the holes are drilled to a diameter depending on the thickness of the structural element.

2. The method according to p. 1, characterized in that after welding the cracks produce multiple, but not less than three, structural loading with an excess of voltage in the element by 25% of the nominal and single loading to the nominal level of stresses in the element.

3. The method according to p. 1, characterized in that the crack is produced with a variable angle of cutting along its length.