Сварочные работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрическая дуга впервые была открыта в 1802 г. Профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В. В. Петровым. Описывая явления электрической дуги в книге под названием «Известия о гальвани-вольтовских опытах», профессор В.В. Петров указал на возможность использования электрической дуги для электроосвещения и плавления металлов.

А в 1882 г. Русский изобретатель Н. Н. Бенардос применил электрическую дугу для соединения металлов, в 1885 г. Он получил патент под названием «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», используя для этого дугу, горящую между угольным электродом и металлом и питаемую электрической энергией от аккумуляторной батареи. Русский инженер-металлург и изобретатель Н. Г. Славянов в 1888 г. Разработал способ сварки металлическим электродом, в 1891 г. Он получил два патента под названием «Способ и аппараты для электрической отливки металлов» и «Способ электрического уплотнения металлических отливок». Н. Н. Бенардос предложил различные способы сварки наклонными металлическими электродами и устройства, в которых подача электрода в зону дуги выполнялась за счет давления пружины. Он также разработал разнообразные виды автоматических устройств для сварки угольным и металлическим электродами, являющимися прообразами современных сварочных автоматов и полуавтоматов. Оригинальное приспособление для автоматического регулирования длины дуги с помощью соленоида, предложенное Н. Н. Бенардосом, в 1900 г. Экспонировалось на Парижской всемирной выставке. Однако низкий уровень развития техники в России тех лет не позволял использовать и широко развивать столь гениальные идеи В. В. Петрова, Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова.

В 20-х годах нашего столетия дуговую сварку начинают внедрять при ремонте локомобилей и котлов. Например, дуговая сварка в это время применялась в Московских, Ленинградских, Ярославских, Читинских и других железнодорожных мастерских при использовании импортного и собственного сварочного оборудования, однако собственное оборудование было кустарного изготовления, а присадочным материалом служили голые электроды с ионизирующим покрытием.

В годы первых пятилеток разработка сварочного оборудования и передовой по тому времени технологии сварки способствовали успешному строительству гигантских строек: Днепрогэса, Магнитки, Уралмашзавода и других важнейших объектов страны. Развитие сварки позволило в годы Великой Отечественной войны быстро организовать производство самолетов, танков, орудий и других видов вооружения на заводах Урала и Сибири.

В настоящее время сварочное производство является самостоятельной отраслью машиностроительной промышленности и для его дальнейшего развития требуется решение целого ряда вопросов, таких, как разработка новых сварочных машин, аппаратов и материалов.

Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений по средствам установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании или совместном действии того и другого. В 1802г. российский учёный В. В. Петров открыл явление электрического дугового разряда и указал на возможность использования его для расплавления металлов. Своим открытием В. В. Петров заложил начало развития новых отраслей технических знаний и наук, получивших в дальнейшем практическое применение в электродуговом освещении, а затем и при электрическом нагреве, плавке и сварке металлов. В 1882г другой российский ученый Н.Н.Бенардос, работая над созданием крупных аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов. В 1888г. российский инженер Н. Г. Славянов предложил производить сварку плавящимся металлическим электродом. С именем Н. Г. Славянова связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создание первого автоматического регулятора длины дуги, и первого сварочного генератора. Им были предложены флюсы для получения высококачественного металла для сварных швов.

Условно развитие сварки можно разделить на ряд этапов:

с 1948г. получили промышленное применение способы дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая плавящимся и неплавящимися электродом.

в 1950-1952г. была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа. В конце пятидесятых годов французским учёным был разработан новый вид электрической сварки плавлением, получившей название электроннолучевой сварки. Впервые в открытом космосе была осуществлена автоматическая сварка и резка в 1969г. Продолжая эти работа

в 1984г. космонавты С. Савицкая и В. Джанибеков провели в открытом космосе ручную сварку, резку и пайку различных металлов. Сегодня свариваются материалы, которые ещё относительно недавно считались экзотическими. Это титановые ниобиевые и берилловые сплавы молибден, вольфрам, керамика, а также все возможные сочетания разнородных металлов. В сварочное производство активно внедряются роботы, что позволяет полностью автоматизировать цикл сварки деталей без участия рабочего сварщика. В последние годы патентные ведомства промышленно развитых стран мира ежемесячно регистрируют около двухсот изобретений в области сварной техники и технологии. Отсюда следует необходимость постоянного совершенствования обучения профессионального мастерства рабочих-сварщиков.



1. Сварка алюминия в защитных газах

Для получения высококачественных соединений при дуговой сварке необходима защита зоны дуги и расплавленного металла от вредного воздействия воздуха. При сварке в защитных газах для защиты зоны дуги и расплавленного металла используют газ, подаваемый струей с помощью горелки.

В качестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), не взаимодействующие с металлом при сварке, и активные газы (углекислый газ, водород и др.), взаимодействующие с металлом, а также их смеси.

При сварке в защитных газах неплавящимся электродом, дуга горит между неплавящимся электродом и изделием. Электрод в процессе сварки не расплавляется и не попадает на шов. Дуга, передвигаемая вдоль свариваемых кромок, оплавляет их. По мере удаления дуги расплавленный металл затвердевает, образуя шов, соединяющий кромки изделия.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между электродной проволокой, непрерывно подаваемой в дугу, и изделием. Дуга расплавляет проволоку и кромки изделия, и образуется общая сварочная ванна. По мереперемещения дуги сварочная ванна затвердевает, образуя шов, соединяющий кромки изделия.

Основными параметрами ручной аргонодуговой сварки являются ток дуги и расход защитного газа.

Особенности дуговой сварки в защитных газах следующие: высокая концентрация энергии дуги, обеспечивающая минимальную зону термического влияния и небольшие деформации изделия; высокая производительность; эффективная защита расплавленного металла, особенно при использовании в качестве защитной среды инертных газов; отсутствие необходимости применения флюсов или обмазок; возможность сварки в различных пространственных положениях.

При сварке в защитных газах в качестве источника энергии, обеспечивающего плавление присадочного и основного металлов, используется электрическая дуга. Дуга отличается от других видов разрядов в газах низким катодным падением потенциала, а следовательно, - низким общим напряжением дуги и высокой плотностью тока. Электрическая дуга по длине имеет три области, различающиеся физическими явлениями, протекающими в них.

Участки, непосредственно примыкающие к электродам, называют катодной (у отрицательного электрода) и анодной (у положительного электрода) областями, а участок между ними - столбом дуги. Те части электродов, на которые <<опирается>>дуга и через которые проходит основной ток дуги, называют активными пятнами, причем на положительном электроде - анодное пятно, а на отрицательном - катодное. Температура дуги при сварке плавящимся электродом сравнительно невелика: 5000…6500 гр.ц. В дугах с неплавящимся электродами температура значительно выше.

С увеличением давления повышается напряженность поля в столбе, а размеры дуги уменьшаются. Таким образом, изменяя давление, при котором горит дуга, можно значительно изменять электрические и энергетические характеристики дуги. Сварочная дуга в защитных газах характеризуется сильным излучением.

Процессы, протекающие в катодной области, играют основную роль в поддержании дугового разряда и получении стабильной дуги. В анодной области ток переносится отрицательно заряженными частицами - электронами, а при наличии в дуговом промежутке газов, обладающих электроотрицательным потенциалом, - также и отрицательными ионами.

Аргон - бесцветный, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. С большинством элементов аргон не образует химических соединений. В металлах аргон нерастворим в жидкостях, так и в твердом состоянии.
Промышленный аргон получают из воздуха в разделительных колонках путем избирательного испарения с последующим глубоким охлаждением фракционной перегонкой. Полученный таким образом аргон содержит некоторое количество кислорода. Дальнейшая очистка от кислорода производится беспламенным сжиганием водорода в аргоне или другим способом. В чистом аргоне все же остается небольшое количество кислорода, азота и влаги. Аргон марки А рекомендуют использовать при сварке активных и едких металлов и их сплавов (Ti, Zr, Nb); марки Б - для сварки сплавов на основе магния, алюминия; марки В - для сварки коррозионно-стойких, жаропрочных и окалиностойких сталей.

При сварке сталей в основном используют холоднотянутую стальную сварочную проволоку по ГОСТ 2246-70, который предусматривает изготовление проволоки семидесятипяти марок. В зависимости от уровня легирования сварочная проволока по ГОСТ 2246-70 подразделяется на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную.

Низкоуглеродистую проволоку изготовляют шести марок: Св-08, Св-08А,Св-08АА, Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2. Легированную проволоку изготавливают тридцати марок: Св-08ГС, Св-12ГС, Св-18ХГС, Св-ЮНМА, Св-08МХ,Св-08ХМ, Св-18ХМА, Св-08ХНМ, Св-08ХМФА, Св-ЮХМФТ, Св-08ХГ2С, Св-08ХГСМА, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХГСМФА, Св-04Х2МА, Св-13Х2МФТ, Св-08ХН2ГМТА (ЭП-111), Св-08ХН2ГМЮ, Св-08ХН2Г2СМЮ, Св-06Н3 и Св-10Х5М.

Высоколегированную проволоку изготовляют тридцати девяти марок: Св-12Х11НМФ, Св-ЮХПНВМФ, Св-12Х12, Св-20Х13, Св-06Х14, Св-08Х14ГНТ, Св-10Х17Т, Св-13Х25Т, Св-01Х19НЭ, Св-04Х19Н9, Св-08Х16Н8М2 (ЭП-377), Св-08Х18Н8Г2Б (ЭП-307), Св-07Х18Н9ТЮ, Св-06Х19Н9Т, Св-04Х19Н9С2, Св-08Х19Н9Ф2С2, Св-05Х19Н9Ф3С2, Св-07Х19Н10Б, Св-08Х19Н10Г2Б (ЭИ-898), Св-06Х19Н10М3Т, Св-08Х19Н10М3ТБ (ЭП-89), Св-10Х20Н15, Св-07Х25Н12Г2Т (ЭП-75), Св-08Х20Н9Г7Т, Св-08Х21Н10Г6, Св-30Х25Н16Г7, Св-10Х16Н25АМ6, Св-09Х16Н25М6АФ (ЭИ-981А), Св-01Х23Н28М3Д3Т (ЭП-516), Св-30Х15Н35В3Б3Т, Св-08Н50 и Св-06Х15Н60М15 (ЭП-367).

По виду поверхности низкоуглеродистую и легированную проволоку подразделяют на неомедленную и омедленную ( в условном обозначении есть буква О). Специальные требования к омедлению поверхности проволоки (включая суммарное содержание меди) устанавливаются техническими условиями.

По требованию потребителя проволока должна изготавливаться из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш) или ваккумно-дуговым (ВД) переплавом либо в ваккумно-индукционных печах (ВИ). При этом дополнительные требования к металлу проволоки (ужесточение норм по содержанию вредных и посторонних примесей, введение ограничений по содержанию поверхности проволоки (включая суммарное содержание меди) устанавливаются техническими условиями.

При сварке плавлением алюминия и его сплавов в основном используют тянутую и прессованную сварочную проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов по ГОСТ 7871-75, который предусматривает изготовление проволоки четырнадцати марок. Овальность проволоки не должна превышать допустимых отклонений диаметра. Поверхность проволоки диаметром 4мм и менее подвергают химической обработке. После обработки проволока должна иметь блестящую поверхность с параметром шероховатости Ra менее 2,5 мкм по ГОСТ 2789-73.

Полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы) характеризуются малой плотностью, сравнительно высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и способностью легко деформироваться. Поэтому они нашли широкое применение в таких отраслях машиностроения, как авиастроение, судостроение, производство химической аппаратуры, строительство, транспортное машиностроение др. Благодаря высокой коррозионной стойкости, а также хорошей тепло- и электропроводимости большинство алюминиевых сплавов во многих случаях являются трудно заменимыми конструкционными материалами.

В сварных конструкциях получили распространение деформируемые алюминий (АД, АД1 и др.) и алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой (АМц, АМг, АМг3, АМг63, АМг6 и др.), а также упрочняемые термообработкой (Д20, М40, Д20, ВАД23, В92А,1201,1420 и др.). Литейные сплавы применяются в сварных конструкциях редко. С помощью сварки плавлением изделий из алюминиевых сплавов получаются различные виды сварных соединений - стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые. Наибольшее распространение получили стыковые соединения. Нахлесточные, тавровые и угловые соединения желательно выполнять аргонодуговой сваркой.

Для сварки алюминиевых сплавов в защитных газах применяют аргон первого сорта или смеси аргона с гелием. При этом разрушение оксидной пленки происходит в результате катодного распыления, в связи с чем, сварку алюминиевых сплавов в аргоне желательно выполнять на постоянном токе обратной полярности. Это возможно при автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся вольфрамовым электродом.

Разработан метод микроплазменной сварки на переменном токе, обеспечивающий нормальное катодное распыление и очистку ванны в полупериоды обратной полярности и достаточную стойкость вольфрамового электрода. Этот метод позволяет сваривать алюминиевые сплавы толщиной 0,2…2 мм при силе тока 10…100 А. В качестве плазмообразующего газа, при микроплазменной сварке используют аргон, а в качестве защитного газа - гелий. Гелий, защищая ванну от контакта с атмосферой, затрудняет развитие фронта ионизации в радиальном направлении, т. е. делает дугу пространственно устойчивой.

1.1 Сварка Полуавтоматом

Сварка плавящимся электродом алюминия в защитном газе может быть, как автоматической, так и полуавтоматической. В данном случае имеется в виду сварка с формирующей канавкой на подкладках. Сварка алюминия полуавтоматом примечательна тем, что возможна в разнообразных пространственных положениях. Причем данная технология сварки алюминия дает добро на замену менее совершенного процесса сварки сплавов этого металла покрытыми электродами. В процессе такой полуавтоматической сварки рекомендуется использование тянущей разновидности механизмов подачи. В настоящее время, сварка алюминия в защитной среде аргона является одним из самых распространенных видов сварки алюминия. Сварка алюминия в среде защитных газов не плавящимися электродами. При сварке алюминия и его сплавов в среде аргона, производящейся не плавящимися (вольфрамовыми) электродами, используется технология сварки алюминия аргоном со следующими параметрами. Применяется аргон либо высшего, либо первого сорта, а также может использоваться гелий высокой чистоты или его смесь с аргоном. Этот вид процесса используют при сварке не длинных швов, и выполнении не больших объемов сварочных работ. Технология сварки алюминия аргоном. Схема сварки алюминия полуавтоматом

Ручной способ сварки не плавящимися электродами в защитной среде аргона, осуществляется вольфрамовыми электродами. Наиболее часто применяются электроды, имеющие диаметр от 2 до 6 миллиметров. Диаметр используемого электрода, расход аргона, сила сварочного тока зависят от толщины свариваемого металла. Например, сварка алюминия аргоном металла толщиной от 4 до 6 миллиметров производится вольфрамовыми электродами диаметром 4 миллиметра и силе сварочного тока в 160 - 180 Ампер, при расходе аргона около 10 л/мин. Существуют таблицы, где приводятся подобные данные. При этом рекомендуется применять установки переменного тока типа УДГ-300, УДГ-500. Листы из алюминия и его сплавов толщиной до 3 миллиметров, при сварке на подкладке, свариваются за один проход. При толщине 4-6 миллиметров, не разделывая кромок, листы можно сварить за два прохода - по одному проходу на сторону. Если сваривается металл толщиной более 6 миллиметров, то необходима V-образная разделка стыка и по два прохода на каждую сторону. А для толщины 8-15 миллиметров уже нужна Х-образная разделка. При этом каждую сторону стыка, необходимо, пройти по два раза. Для увеличения производительности, используют трехфазную дугу. Так как, источник нагрева становится мощнее в три раза - это позволяет сваривать листы алюминия до 30 миллиметров толщиной, при сварке на прокладке. Нагрев металла происходит одной независимой дугой между электродами, и двумя зависимыми дугами между металлом и электродами. Сварка алюминия в среде защитных газов плавящимся электродом. В качестве плавящегося электрода применяется присадочная проволока из алюминия или его сплавов. При этом чаще всего, сварка алюминия аргоном проводится при помощи полуавтоматической или автоматической сварки. При длинных швах и больших объемах сварочных работ, когда требуется большая производительность, ничего не остается, как варить алюминий аргоном на полуавтоматических или автоматических установках. Диаметр используемой проволоки может быть от 1,5 до 2,5 миллиметров, сварка алюминия полуавтоматом проводится обратно полярным постоянным током. Кромки стыков при этом разделываются X-образным V-образным способом, угол раскрытия составляет от 70 до 90 градусов, для размещения наконечника горелки в разделке.

Производительность достигает сорока метров в час, при подаче проволоки со скоростью до 400 метров в час. Это позволяет сваривать металл толщиной 16 миллиметров за один проход, при сварке на прокладке, и за два прохода, сваривается металл толщиной до 30 миллиметров. При сварке алюминия в среде аргона цена одного сантиметра шва, в среднем по России, составляет от 100 до 300 рублей. Трудности, возникающие при сварке алюминия и его сплавов. Главной трудностью, является образование пленки из тугоплавкого оксида алюминия, который имеет температуру плавления 2050 °С и плотность большую, чем у алюминия. Это усложняет процесс сплавления, и при этом металл шва загрязняется частичками этой пленки. Оксидную пленку при сварке в среде аргона удаляют при помощи катодного распыления. Но оно возможно при сварке с обратной полярностью, а при сварке неплавящимися электродами в аргоновой среде из-за неправильного теплового распределения межу изделием и электродом обратная полярность не применима. По причине этого, сварку проводят на переменном токе, при котором пленка разрушается в полупериоды обратной полярности.

1.2 Способы варки, виды

Сварка плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.

Сварка давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.

Основные виды сварки:

v Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.

v Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.

v Дуговая сварка в защитном газе производится как неплавящимся (чаще вольфрамовым), так и плавящимся электродам.

v При сварке неплавящимся электродом дуга горит между электродом и свариваемым металлом в защитном инертном газе. Сварочная проволока вводится в зону сварки со стороны.

v Сварка плавящимся электродам выполняется на полуавтоматах и автоматах. Дуга в данном случае возникает между непрерывно подающейся голой проволокой и свариваемым металлом.

v В качестве защитных газов применяют инертные (аргон, гелий, азот) и активные газы (углекислый газ, водород, кислород), а также смеси аргона с гелием, либо углекислым газом, либо кислородом; углекислого газа с кислородом и др.

v Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)

v Электрошлаковая сварка применяется для соединения изделий любой толщины в вертикальном положении. Листы устанавливают с зазором между свариваемыми кромками. В зону сварки подают проволоку и флюс. Дуга горит только в начале процесса. В дальнейшем после расплавления определённого количества флюса дуга гаснет, и ток проходит через расплавленный шлак.

v Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

Виды контактной сварки:

· Стыковой контактной сварке свариваемые части соединяют по поверхности стыкуемых торцов.

· Точечной контактной сваркой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.

· Рельефная контактная сварка осуществляется на отдельных участках по заранее подготовленным выступам - рельефам.

· Шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва.

Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.

Для сварки необходимо: получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость, чтобы увеличить их энергию, которая при торможении электронов в свариваемом металле превращается в теплоту.

Электронно-лучевой сваркой сваривают тугоплавкие и редкие металлы, высокопрочные, жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы и стали.

1.3 Сварочное оборудование

В качестве источника питания для Электрической дуги применяют «Трансформатор», «Выпрямитель», «Преобразователь». Сварочный
трансформатор предназначен для положения напряжения сети до необходимого рабочего напряжения и регулировки силы сварочного тока. Он состоит из: корпуса, сердечника, первичной и вторичной обмотки, переключателя ступеней, токоуказательного механизма. Сварочный выпрямитель представляет собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Он состоит из: силового трансформатора, блока силовых вентилей, стабилизирующего дросселя, блока защиты, системы управления вентилями.

Сварочный преобразователь - это машина, служащая для преобразования переменного тока в постоянный сварочный ток. Преобразователь состоит из: генератора постоянного тока и приводного трехфазного двигателя, находящихся на одном валу и в одном корпусе. При изготовлении Балки я буду использовать выпрямитель ВДУ-601 - Выпрямитель дуговой универсальный номинальная мощность которого 600 Ампер номер модификации 1.

В настоящее время существует большое количество видов и типов сварки, вот только некоторые из них: - ручная электродуговая с - аргонодуговая сварка - полуавтоматическая сварка - плазменная сварка - точечная сварка - газовая сварка - контактная сварка (сопротивлением) - электронно-лучевая сварка - лазерная сварка - термическая сварка варка. Каждому виду соответствует своё специальное оборудование.

Но в данной работе нас интересуют устройства, производящие сварку с помощью электрического тока.

Электродуговой сварочный аппарат, как правило, представляет собой источник питания постоянного или переменного тока, сварочная цепь которого гальванически развязана от сети электропитания, выполняющий функцию дуговой сварки плавлением, контактной сварки, сварки давлением. Он может представлять собой простой трансформатор, а так же сложный высокотехнологический агрегат. В течение последних 100 лет для того, чтобы получить источник питания для сварки, использовалось большинство из доступных электрических и электронных технологий: от обыкновенного трансформатора до инверторов, обеспечивающих резонанс на частоте переключения более 100 кГц, от селеновых диодов до 32-разрядных микропроцессоров.

1.4 Характеристика свариваемой стали

Сварное соединение по своему качеству зависит от металлов, которые свариваются, металла электрода и вида его обмазки, режима сварки, температуры нагрева и т. п.

Свариваемость -- свойство металлов образовывать сварное соединение при установленной технологии сварки, которое отвечает требованиям конструкции и эксплуатации изделий.

Различаются физическая, технологическая и эксплуатационная свариваемость.

Физическая или металлургическая свариваемость определяется процессами на границе соприкосновения свариваемых деталей. При этом на границе соприкосновения свариваемых деталей должны произойти физико-химические процессы (химическое соединение, рекристаллизация и т. п.), в результате которых и образуется прочное соединение. Протекание физико-химических процессов на границе свариваемых металлов определяется их свойствами.

Материалы одного химического состава (однородные) с одинаковыми свойствами обладают физической свариваемостью.

Сваривание неоднородных материалов может не произойти, если они не обладают физической свариваемостью.

Технологическая свариваемость -- возможность получения сварного соединения определенным способом сварки. По технологической свариваемости устанавливаются оптимальные режимы сварки и способы сварки, последовательность выполнения работ для получения требуемого сварного соединения. Основными показателями технологической свариваемости являются стойкость образуемого при сваркешва против горячих трещин и против изменений в металле под действием сварки.

Эксплуатационная свариваемость определяет области и условия допустимого применения металлов в сварных конструкциях и изделиях.

На свариваемость стали и сплавов оказывают влияние химические элементы, входящие в их состав, прежде всего углерод и легирующие элементы.

Свариваемость стали определенного химического состава характеризует эквивалент углерода, определяемый по формуле:

где буквы обозначают элементы по таблице Менделеева, содержание в %.

По свариваемости стали углеродистые и легированные делятся на следующие группы.

Первая группа -- хорошо сваривающиеся, Сэкв не более 0,25. Сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки, обычно они не дают трещин при сварке.

Вторая группа -- стали удовлетворительно сваривающиеся, Сэкс в пределах 0,25...0,35. Сварка таких сталей без трещин возможна в нормальных условиях, когда температура окружающей среды выше 0 °С, отсутствует ветер и т. п.

В других условиях сварка сталей этой группы возможна с предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой.

Третья группа -- стали с ограниченной свариваемостью, Сэкв в пределах 0,35...0,45; стали в обычных условиях сварки склонны в образованию трещин. Сварка таких сталей производится по специальной технологии с предварительной термообработкой и тепловой обработкой после сварки.

Четвертая группа -- стали с плохой свариваемостью, Сэкв более 0,45. Стали этой группы плохо поддаются сварке и склонные к образованию трещин. Их сварка выполняется с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки и термообработкой после сварки.

1.5 Выбор и характеристика свариваемой стали

При выборе сварочных материалов необходимо учитывать тот факт, что в процессе сварки мы должны получить равнопрочное основному металлу сварное соединение, эксплуатационные свойства сварного соединения должны быть идентичны свойством основного металла.

Материалы для сварки (электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы) должна выбраться в соответствии с требованиями технологического процесса изготовления и монтажа конструкций и выбранных марок стали.

При этом применяемые сварочные материалы и технология сварки должны обеспечивать механические свойства сварного шва не ниже свойств, установленных требованиями для рекомендуемых в настоящем стандарте выбранных сталей.

Исходя их вышеизложенного произведем выбор сварочного проволоки сплошного сечения для сварки в среде СО2 вертикальных швов стенки резервуара, а также возможно применение.

При сварке в углекислом газе газовая фаза носит резко окислительный характер. Получение плотных швов, равнопрочных основному металлу осуществляется за счет применения проволоки более легированной, чем основной металл.

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде СО2 применяют кремнемаргонцовастые проволоки.

Наиболее распространена легированная сварочная проволока марки Св-08Г2С. Полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа осуществляют проволокой d=0,7… 2,0 мм. Учитывая технические характеристики широко применяемого в настоящее время сварочного оборудования при строительстве резервуаров, а также тот факт, что в случае использования данного способа сварки на открытых площадках при увеличении диаметра сварочной проволоки повышается вероятность, предпочтение отдаем проволоке d=1,2 мм марки Св-08Г2С.

1.6 Подготовка кромок под сварку

Подготовка кромок металла под сварку делается с целью обеспечения полного провара металла по всей его толщине и получения: доброкачественного сварного соединения.

Различные виды подготовки кромок металла при сварке стыковых швов показаны на фиг. 49. Скос кромок делается для металла толщиной свыше 5 мм. Угол скоса 70--90° выбирают из расчета возможности свободного доступа к вершине шва и ее проварки.

Скос кромок можно производить различными способами. Самым грубым и малопроизводительным из них является срубание кромок ручным или пневматическим зубилом. При этом способе края кромок получаются неровные. Наиболее ровные и чистые кромки получаются при изготовлении их на специальных кромкострогальных или фрезерных станках. Применение кислородной резки, ручной или механизированной, для скоса кромок является самым экономичным. Шлаки и окалина, остающиеся после кислородной резки, должны быть удалены с помощью зубила и стальной щетки.

Следует уделять большое внимание чистоте кромок, так как загрязненная поверхность кромок металла приводит к плохому провару и образованию в сварном шве неметаллических включений. Поэтому перед сваркой кромки, а также соседние с каждой кромкой участки на ширину 20--30 мм должны очищаться до металлического блеска от окалины, ржавчины, масла, краски и других загрязнений. Очистка от окалины, краски и масла может осуществляться непосредственно пламенем сварочной горелки. При этом окалина отстает от металла, а масло и краска сгорают. После нагрева пламенем поверхность зачищается стальной щеткой.

При сборке деталей под сварку нужно следить за тем, чтобы кромки правильно располагались одна относительно другой, чтобы выдерживались установленные зазоры, не было перекосов и т. д.

Для того чтобы в процессе сварки установленные зазоры и положение деталей не изменялись, перед сваркой делают предварительную прихватку деталей, т. е. свариваемые детали соединяют друг с другом в нескольких местах короткими швами. Длину прихваток и расстояние между ними выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и длины шва. При сварке тонкого металла и коротких швах длина прихваток может быть не более 5 мм. При сварке толстого металла и значительных длинах швов длина прихватки может быть 20--30 мм при расстоянии между ними 300--500 мм. Прихватку следует производить на тех же режимах сварки, что и сварку самого шва, тщательно проваривая участок прихватки. В случае сварки деталей значительной толщины прихватка может заполнять разделку примерно на 2/3 ее глубины.

Порядок постановки прихваток имеет важное значение, особенно при сварке длинных швов.

1.7 Сборка деталей под сварку

Для изготовления сварных конструкций требуется правильная сборка деталей свариваемого изделия, т. е. их правильная взаимная установка и закрепление. Сборка может осуществляться прихватками или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях. Прихватки представляют собой короткие швы. Количество прихваток и их размер определяются технологическими условиями.

Процесс сборки сварного изделия состоит из последовательных операций. Прежде всего, необходимо подать детали к месту сборки. Затем необходимо установить эти детали в сборочном приспособлении в определенном положении.

Рис.3 Базирование призматической детали по плоскости: 1, 2, 3 - точки опоры детали на установочные плоскости (поверхности приспособления); 4, 5 - точки опоры детали на направляющей плоскости; 6 - точка опоры детали на опорной плоскости



Рис. 4. Базирование цилиндрической детали по призме: 1, 2, 3, 4 - точки опоры на плоскости призмы; 5 - точка фиксирования детали

В этом положении детали должны быть закреплены, после чего их сваривают.

Размещение свариваемых деталей в приспособлении осуществляется по правилам базирования. Базирование - это размещение детали в приспособлении таким образом, чтобы поверхности детали (технологические базы) опирались на установочные поверхности приспособления.

Рассмотрим основные схемы базирования деталей наиболее распространенной формы.

Призматическая деталь должна базироваться на три базы в трехмерной системе координат. На установочной плоскости деталь фиксируется в трех точках (рис. 53). На направляющей плоскости деталь фиксируется по двум точкам. На опорной плоскости деталь фиксируется в одной точке. Таким образом, если зафиксировать деталь во всех шести точках, то она будет находиться в строго определенном положении.

Цилиндрические детали обычно базируют по призме. Деталь лишена возможности перемещаться во всех направлениях за исключением вращения вокруг продольной оси. Если зафиксировать цилиндрическую деталь от возможности вращения вокруг продольной оси, то она будет находиться также в строго определенном положении (рис. 54).

Детали с цилиндрическими отверстиями базируются, как правило, по пальцам - фиксаторам приспособления, которые входят в это отверстие.

Первой базой определяется установочная плоскость основания детали. Второй базой обычно является плоскость детали, перпендикулярная оси отверстия. Примеры базирования деталей с цилиндрическими отверстиями приведены на рис. 5, 6, 7.

Рис. 5 Базирование по двум пальцам. В вынесенных прямоугольниках указано число опорных точек на соответствующей поверхности

Рис. 6 Базирование по плоскости и цилиндрическому пальцу

Рис. 7 Примеры базирования деталей без приспособлений: а: 1 - палец; 2 - плоская деталь; б: 1 - палец; 2 - труба

Установочные элементы - упоры - применяются для обеспечения точности установки деталей сварного узла в сборочных приспособлениях. Конструкция упоров должна обеспечить возможность удобной установки деталей в приспособление и не мешать съему изделия после сварки. Место установки упоров должно быть определено так, чтобы обеспечить доступность сварки. Прочность и жесткость упоров должны предотвращать деформацию изделий в процессе сварки.

Зажимные элементы, к которым относятся прижимы и зажимы, предназначены для закрепления деталей свариваемого изделия в процессе сборки и сварки.

Прижимы и зажимы обеспечивают правильное положение и направление прижимного усилия для закрепления деталей без сдвигов относительно установочных баз.

В процессе сборки и сварки прижимы и зажимы обеспечивают надежность закрепления деталей. Конструкции прижимов и зажимов должны обеспечивать быстродействие и безопасность в работе. Некоторые виды конструкций прижимов приведены на рис. 8, 9, 10.

Переносные сборочные приспособления применяют при сборке сварных узлов в том случае, когда невозможно применить для этих целей типовые приспособления.

К переносным приспособлениям относятся всевозможные струбцины, стяжки, специальные фиксаторы, распорки, домкраты и др. Наиболее часто применяются струбцины, конструкции которых приведены на рис. 11.

Струбцины служат для прижима двух и более деталей друг к другу или для установки и закрепления деталей в определенном положении, поэтому струбцины подразделяются на прижимные (рис.11, а) и установочные (рис. 11, б).

Установочная струбцина состоит из двух винтовых струбцин и гайки с правой резьбой, которая называется талреп. Детали, закрепленные в струбцинах, устанавливают на заданном расстоянии. В опытном или мелкосерийном производстве для изготовления сварных узлов или конструкций применяют сборно-разборные приспособления. Такие приспособления собирают из типовых блоков-плит, которые имеют пазы для установки прижимных устройств. Блоки-плиты собираются в комплект по размерам сварного изделия. Для сварки мелких деталей и узлов применяют сварочные столы с аналогичными пазами для закрепления деталей перед сваркой. При установке свариваемых узлов в удобное для сварки положение вместо сварочных столов применяют манипуляторы.

Манипуляторы позволяют вращать собранный под сварку узел с заданной скоростью при сварке деталей цилиндрической формы, а также изменять угол наклона оси вращения (рис. 8).

Рис. 8 Прижим клиновый

Рис. 9. Прижим эксцентриковый: Р - усилие, передаваемое рукой, составляет 10--15 кГс (100--150 Н); Q - усилие прижимное, составляет 10 Р (1,5 кН); F - сила трения; рабочая поверхность эксцентрика от точки 1 до точки 2 в его нижней части



Рис. 10. Прижим пружинный: 1 - головка прижима; 2 - втулка направляющая; 3 - пружина

Рис. 11. Струбцина прижимная (а) и установочная (б): 1 - рукоятка; 2 - винт; 3 - гайка; 4 - пята; 5 - корпус; 6 - упор; 7 - талреп; 8 - детали, зафиксированные в заданном положении

Рис. 12. Манипулятор: а - положение планшайбы (верхней части) манипулятора для сварки узла в горизонтальном положении; б - положение планшайбы манипулятора для сварки «в лодочку»

Для сварки крупногабаритных листовых конструкций применяются различные кондукторы, стенды, кантователи, установки и др. Эти приспособления обеспечивают фиксирование деталей в положении, удобном для выполнения сварки. Некоторые виды кантователей и установок приведены на рис. 13.

Контроль собранных под сварку изделий осуществляется в основном по сопрягаемым и габаритным размерам. Проверку размеров осуществляют металлическими рулетками, линейками или шаблонами.

Рис. 13. Кантователь поворотный двухстоечный: 1 - передняя приводная стойка; 2 - поворотная рама; 3 - задняя неприводная стойка; h - изменяемая высота для установки свариваемой конструкции в заданном положении

Контроль изделий после сварки осуществляют по техническим условиям на свариваемое изделие, в котором указаны требования к качеству сварных швов и их размерам.

1.8 Выбор режима сварки

Все параметры режима сварки можно разделить на основные и дополнительные. Основные параметры- это величина и полярность тока, диаметр электрода, напряжение на дуге, скорость сварки. Дополнительные параметры - состав и толщина покрытия электрода, положение электрода и положение изделия.

Итак, на что же влияют основные параметры?

Сварочный ток. Увеличение его вызывает (при одинаковой скорости сварки) рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны. Примечание. Максимальные значения тока должны уточняться по паспорту электродов. Дополнение: Значения величины тока уточняются по данным паспорта электродов.

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40--50% больше, чем постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15--20% меньше, чем При сварке постоянным током обратной полярности.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положения, в котором выполняется сварка, а также от вида соединения и формы подготовленных кромок под сварку. При сварке встык "листов стали толщиной до 4 мм в нижнем положении диаметр электрода обычно берется равным толщине свариваемого металла. При сварке стали большей толщины используют электроды диаметром 4---6 мм при условии обеспечения полного провара соединяемых деталей и правильного формирования шва.

Напряжение определяет, главным образом, ширину шва. На глубину провара напряжение оказывает весьма незначительное влияние. Если при увеличении напряжения скорость сварки увеличить, ширина шва уменьшится.

Сила тока в основном зависит от диаметра электрода, а также от длины его рабочей части, состава покрытия, положения сварки. Чем больше ток, тем выше производительность, т. е. больше наплавляется металла.



Рис. 14 Сварка стыковочных швов.1 -- сварка шва «на весу»; 2 -- сварка на медной подкладке (съемной); 3--сварка на стальной остающейся подкладке; 4-- сварка с предварительным и подварочным швом

Однако при чрезмерном для данного диаметра электрода токе электрод быстро нагревается выше допустимого предела, что приводит к снижению качества шва и повышенному разбрызгиванию.

На рис. представлены схемы сварки стыковых швов навесу, на медной съемной подкладке, с предварительным подварочным швом и на стальной Подкладке.

1.9 Возможные дефекты сварных швов, способы их устранения

Когда речь заходит о дефектах сварного шва, их обычно делят на внутренние и внешние, внутренние соответственно неразличимы на глаз, внешние же можно увидеть. Так же их можно поделить на допустимые и недопустимые, что зависит от конкретно поставленной задачи, но в любом случае дефект есть дефект и он требует устранения. Хотя как и в большинстве случаев его легче предупредить, чем устранить. Для этого в первую очередь следует обратить внимание на такие факторы как квалификация сварщика и применяемая им технология, соответствие свариваемого материала с присадочным, чистоту свариваемой поверхности, качество применяемого оборудования и, наконец, используемый защитный газ. При должном соответствии вышеперечисленных факторов, брак и дефекты сводятся к минимуму или же отсутствуют вовсе.

Теперь несколько подробнее о видах дефектов:

- Внешние дефекты - как уже говорилось выше к ним можно отнести те, которые видно невооруженным глазом. Одним из таких дефектов является непровар - когда сварочный шов не проникает на всю толщину металла, как правило происходит из-за недостаточного сварочного тока, а так же из-за плохой подготовленности кромок соединения. Обратным его проявлением можно назвать прожег - сквозное отверстие в сварочном шве, и, как можно догадаться, зачастую происходит из-за слишком сильного сварочного тока и невысокой скорости сварки. Устраняются повышением и понижением сварочного тока соответственно. К внешним дефектам так же относится подрез (канавка в основном металле по краям шва), устраняется уменьшением длины дуги, наплыв (являет собой собственно наплыв присадочного материала на основной без сплавления), решается обычно качественной чисткой участка для сварки и выбором соответствующего материалам режима работы. Еще один внешний вид дефектов - кратер, образуется в результате резкой остановки процесса сварки, решается постепенным уменьшением сварочного тока к концу процесса сварки, большинство современного оборудования имеют соответствующие программы.

- Внутренние дефекты - к таковым дефектам стоит относиться предельно внимательно, поскольку сразу их различить не всегда представляется возможным, но они могут повлиять на качество и прочность сварного шва. Среди них выделяют: горячие трещины - образуются вдоль или поперек шва, а причиной зачастую служит неверно выбранный присадочный материал; холодные трещины - возникают уже после остывания материалов, образуются при слишком высоких нагрузках для данного сварного шва, т.е. когда шов разрушается под физическим воздействием; поры - данный дефект может быть вызван плохой отчисткой сварочной поверхности (присутствие масел, краски на поверхности или при наличии несовместимых сплавов), избыточный или слабый поток защитного газа, а так же засор в сопле или повреждение систем подачи газа. Решением соответственно является устранение вышеперечисленных причин. Так же следует сказать, что поры частично можно отнести и к внешним дефектам, поскольку они могут образовываться как на поверхности шва, так и внутри него.

Подводя итог, можно сказать что сварочные работы можно выполнить качественно только полностью соблюдая технологии сварки и порядок подбора присадочных материалов и оборудования исходя из соответствия поставленным задачам. Мы настоятельно рекомендуем Вам выполнять свою работу качественно, ведь в дальнейшем от ее результатов могут зависеть человеческие жизни.

1.10 Контроль качества сварных соединений и швов, способы контроля

Под контролем качества сварки подразумеваются проверка условий и порядок выполнения сварочных работ, а также определение качества выполненных сварных соединений в соответствии с техническими требованиями.

В сварочном производстве применяют следующие виды контроля: входной (предупредительный), текущий (пооперационный) и приемочный (выходной) готовых изделий и узлов.

Цель входного контроля - уменьшить вероятность возникновения брака при выполнении сварочных работ (контроль документации, качества исходных и сварочных материалов, квалификации сварщиков и т. д.).

Текущий контроль осуществляется в процессе сборочно-сварочных работ.

Приемочный, или выходной контроль, осуществляется для выявления наружных и внутренних дефектов сварки.

Различают разрушающие и неразрушающие методы контроля качества сварных соединений.

Разрушающие методы контроля качества сварных соединений

Разрушающие испытания проводят на образцах-свидетелях, моделях и реже на самих изделиях для получения информации, прямо характеризующей прочность, качество или надежность соединений. К их числу относятся: механические испытания, металлографические исследования, химический анализ и специальные испытания. Эти методы применяют главным образом при разработке технологии изготовления металлических конструкций или для выборочного контроля готовой продукции.

Механические испытания предусматривают статические испытания различных участков сварного соединения на растяжение, изгиб, твердость и динамические испытания на ударный изгиб и усталостную прочность.

Металлографические исследования проводят для установления структуры металла сварного соединения и наличия дефектов.

При макроструктурном методе определяют характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений путем изучения макрошлифов и изломов металла невооруженным глазом или с помощью лупы.

При микроструктурном анализе исследуют структуру металла на полированных и травленных реактивами шлифах при увеличении в 50...2000 раз. Такие исследования позволяют обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, сульфидных и оксидных включений, размеры зерна, микроскопические трещины и другие дефекты структуры.

Химический анализ позволяет установить состав основного и наплавленного металла, электродов и их соответствие ТУ на изготовление сварного соединения.

Специальные испытания проводят для получения характеристик сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации (коррозионная стойкость, ползучесть металла при воздействии повышенных температур и др.).

Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений.

При неразрушающих испытаниях оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность сварного соединения. Неразрушающие методы (ими проверяется более 80 % сварных соединений) применяют, как правило, после изготовления изделия для обнаружения в нем дефектов. К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относятся: внешний осмотр, радиационный, ультразвуковой и магнитный контроль, контроль на непроницаемость и ряд других методов, имеющих ограниченное применение.

Внешнему осмотру подвергается 100 % сварных соединений. Осмотр выполняют невооруженным глазом или с помощью лупы, используя шаблоны и мерительный инструмент. При этом проверяются геометрические размеры швов, наличие подрезов, трещин, непроваров, кратеров и других наружных дефектов.

Контролю на непроницаемость подвергают трубопроводы и емкости, предназначенные для транспортирования и хранения газов и жидкостей и, как правило, работающие при избыточном давлении.

Пневматические испытания основаны на создании с одной стороны шва избыточного давления воздуха (10...20 кПа) и промазывании другой стороны шва мыльной пеной, образующей пузыри под действием проникающего через неплотности сжатого воздуха. Негерметичность можно также оценить по падению давления воздуха в емкости, снабженной манометром.

Вид гидравлического испытания зависит от конструкции изделия. Налив воды применяют для испытания на прочность и плотность вертикальных резервуаров, газгольдеров и других сосудов с толщиной стенки не более 10 мм. Воду наливают на полную высоту сосуда и выдерживают не менее 2 ч. Поливу из шланга с брандспойтом под давлением не ниже 0,1 МПа подвергают сварные швы открытых сосудов. При испытании с дополнительным гидростатическим давлением последнее создают в наполненном водой и закрытом сосуде с помощью гидравлического насоса. Величину давления определяют по техническим условиям и правилам Котлонадзора. Дефектные места устанавливают по наличию капель, струек воды и отпотеваний.