Ковш экскаватора: защита от износа наплавкой, ремонт проушин и заварка трещин

Из чего сделан ковш: две разные стали — два разных подхода

Большинство ковшей гидравлических экскаваторов сварные, из низколегированной износостойкой листовой стали (Hardox, Raex, Quard и аналоги). Ковши крупных карьерных экскаваторов-мехлопат и драглайнов, а также литые зубья и коронки — из аустенитной высокомарганцовистой стали (сталь Гадфильда, отечественный аналог — сталь 110Г13Л). Разница принципиальна: у низколегированной стали упрочнение достигается закалкой, и перегрев при сварке отпускает металл, снижая твёрдость. У марганцовистой стали, наоборот, упрочнение происходит от наклёпа при работе, а перегрев провоцирует выделение карбидов по границам зерна и резкое охрупчивание — сталь начинает трескаться в зоне шва.

Различить стали на глаз сложно, зато просто — магнитом: низколегированная сталь магнитится, аустенитно-марганцовистая в состоянии поставки — нет (после наклёпа поверхностный слой намагничивается, но это не меняет марку металла). Перед наплавкой или заваркой корпуса, для которого нет документации, эту проверку стоит сделать в первую очередь — она определяет весь дальнейший режим сварки. Подробнее о полевых методах — в статье «Как определить марку стали перед ремонтом, если она неизвестна».

Прежде чем варить: стоит ли ремонтировать

Наплавка и заварка возвращают ковшу ресурс не бесконечно. Ремонт перестаёт быть выгодным, если трещина идёт по основному металлу, а не по шву (это означает исчерпанную пластичность стали в этой зоне), если деформированы проушины крепления к рукояти или коромыслу, или если износ днища превысил примерно 60% от исходной толщины листа. В этих случаях стоимость восстановления приближается к стоимости нового ковша или превышает её. До начала работ имеет смысл зафиксировать зоны износа (толщинометрия днища и кромок, осмотр проушин на предмет овальности) и решить, какие узлы восстанавливаются наплавкой, а какие — заменяются целиком.

Защита рабочих поверхностей от истирания: наплавка по зонам

Перед наплавкой поверхность зачищают до чистого металла — литейную корку, окалину и следы предыдущей наплавки снимают до металлического блеска, иначе новый слой ляжет на загрязнение и отслоится в работе.

Рабочие поверхности защищают не сплошным слоем, а решёткой или ромбом из наплавленных валиков с шагом между параллельными швами порядка 40–45 мм. Более широкий шаг не удерживает грунт между валиками, и защитного эффекта фактически нет; именно грунт, набивающийся в ячейки решётки, работает как дополнительный экран между рабочей поверхностью и абразивом. Рисунок ориентируют под тип грунта: на скальной породе — вдоль направления перемещения ковша, на песчаных и рыхлых грунтах — поперёк, при смешанных условиях — по диагонали (решётка или «ёлочка»).

Первый слой наплавки частично перемешивается с основным металлом, поэтому именно он определяет прочность соединения; конечную твёрдость даёт второй, а при необходимости и третий слой. Наращивать слишком много слоёв твёрдого сплава не стоит: под собственными термическими напряжениями такая наплавка становится склонна к растрескиванию.

Материалы по зонам:

• Днище, задняя и боковые стенки — истирание грунтом и породой без выраженного удара: AWG F6015 в решётку. На участках чистого скользящего абразива, где ударных нагрузок нет, применим и AWG KAIT 6000.
• Передняя стенка (лоб ковша) — сочетание истирания с ударом от загружаемой в ковш породы: на закаливающуюся сталь перед твёрдой наплавкой — буферный слой AWG 7000M или AWG F6020, затем рабочий слой AWG F6025 или AWG 2000M.
• Режущая кромка и зубья — самая тяжело нагруженная зона, удар и абразив вместе: AWG F6025 или AWG 2000M. Карбидная проволока AWG KAIT 60T сюда не подходит по той же причине, по которой она не годится для наплавки крестовин на марганцовистой стали железнодорожных путей: карбидный слой хрупкий и скалывается под ударом. Её область — плоскости чистого скольжения без ударных нагрузок.

Контроль температуры: разный допуск для разных сталей

Для низколегированных износостойких сталей типа Hardox производитель нормирует и предварительный подогрев, и межваликовую температуру: например, для толщин до 40 мм подогрев обычно в пределах 75–100 °C для сталей категории 400/450 и 100–150 °C для более твёрдых 500/550/600, причём межваликовая температура не должна превышать максимальный подогрев более чем на 50 °C. Температуру контролируют контактным термометром на расстоянии около 75 мм от шва — визуальная оценка «на глаз» для этой стали не годится.

Аустенитно-марганцовистую сталь, наоборот, варят и наплавляют без предварительного подогрева и держат температуру основного металла в диапазоне примерно 10–260 °C: превышение верхней границы — прямой путь к охрупчиванию и трещинам в зоне шва. Общий ориентир «не перегревать ковш выше 400 °C», который встречается в практике полевой наплавки, — это верхняя граница для распространённых низколегированных сталей, а не универсальное значение: точный допуск всегда определяется маркой стали корпуса, а не общим правилом. Про режимы подогрева в целом — отдельная статья «Температура подогрева сталей перед сваркой».

Заварка трещин

Прежде чем заваривать трещину, определяют её концы и засверливают их сверлом диаметром 6–8 мм — это останавливает дальнейшее развитие трещины при нагреве во время сварки. Кромки разделывают под сварку (V- или X-образная разделка в зависимости от толщины металла), сварку ведут от центра к краям трещины короткими участками, чтобы не накапливать напряжения в одном месте.

Если основа отлита из аустенитно-марганцовистой стали, между кромкой трещины и заполняющим швом кладут переходный слой AWG 3009 — он снимает разницу в химическом составе и линейном расширении между основой и заполняющим материалом и снижает риск растрескивания шва при остывании. Сам шов заполняют универсальным сварочным материалом — AWG MUST 200, AWG 1572 или AWG MUST DS; там, где нет возможности везти баллон с защитным газом на выездной ремонт, — самозащитной порошковой проволокой AWG F1071 или AWG F1072LH.

Восстановление проушин и посадочных отверстий под палец

Проушины крепления ковша к рукояти и тяге изнашиваются в первую очередь не абразивно, а от ударных знакопеременных нагрузок пальцевого соединения — отверстие постепенно вырабатывается в овал. Здесь наплавка не защитный слой на поверхности, а способ вернуть номинальный размер: изношенное отверстие растачивают до чистого металла (либо оставляют как есть, если износ в пределах допуска), наплавляют металл на внутреннюю поверхность отверстия, затем растачивают наплавленный слой до заводского диаметра под палец и втулку.

Для этой задачи наплавленный металл должен поддаваться механической обработке — твёрдосплавная износостойкая наплавка для проушины не годится в принципе, её невозможно расточить обычным инструментом. Подходящий материал — AWG EXTRA: собственный техлист материала прямо указывает применение по валам и посадочным местам, то есть по металлу, который потом обрабатывается механически, а не остаётся под наплавкой как рабочая поверхность. Если корпус проушины отлит из высоколегированной или марганцовистой стали, перед основной наплавкой кладут переходный слой AWG 7000M.

Материалы AWG для ремонта ковша — сводная таблица

Итог

Перед началом работ определите марку стали корпуса (в том числе магнитом, если документации нет) — от этого зависит и подогрев, и выбор буферного слоя. Технология наплавки решёткой и логика буферных слоёв в целом та же, что и при восстановлении кузова самосвала и посадочных мест валов под подшипники — см. статьи «Кузов самосвала: сборка по чертежам, защита от износа и ремонт наплавкой» и «Восстановление посадочных мест валов под подшипники наплавкой». Полный ассортимент электродов и проволоки AWG — в каталоге материалов; подбор материала по типу износа в целом — в статье «Наплавка для защиты от износа».