Технология металлов и сварка

Качество сварных соединений при ручной дуговой сварке во многом зависит от квалификации сварщика: от его умения быстро зажигать дугу, поддерживать ее длину и равномерно перемещать, выполняя требуемые колебательные движения электродом, от способности сваривать швы в различных пространственных направлениях.

Ручная дуговая сварка может выполняться плавящимся покрытым электродом и неплавящимся - угольным или вольфрамовым.

При сварке плавящимся электродом металл, необходимый для заполнения зазора между свариваемыми кромками, образуется за счет расплавления электродного стержня. Для защиты зоны горения дуги и расплавленного металла от действия составляющих воздуха, для ионизации дугового промежутка, а также для раскисления и легирования металла шва на поверхность плавящегося электродного стержня наносится обмазка, компоненты которой в зоне горения дуги плавятся, образуя шлаковую защиту, легируя металл шва и повышая стабильность ее горения, и сгорают, образуя одновременно газовую защиту зоны горения дуги.

При сварке неплавящимся электродом для образования сварного шва используется металл отбортовки свариваемых кромок или присадочная проволока. Защита зоны горения дуги от вредного влияния составляющих воздуха при сварке неплавящимся электродом осуществляется инертными газами.

Дуговая сварка под флюсом - это наиболее механизированный способ дуговой сварки, при котором дуга горит между электродом и свариваемым изделием под слоем флюса. Флюс, расплавляясь, обеспечивает надежную защиту расплавленного металла и повышает стабильность горения дуги.

При сварке под флюсом обеспечивается весьма высокое качество сварных соединений, резко возрастает производительность труда, поскольку увеличивается тепловая мощность дуги, и уменьшается разбрызгивание металла.

Сварка в среде защитного газа - это процесс, осуществляемый на полуавтоматических и автоматических машинах плавящейся проволокой в среде углекислого газа или смесях инертных и активных газов, или неплавящимся электродом в среде инертных газов.

Этот способ не требует приспособлений для засыпки, удержания и уборки флюса, позволяет осуществлять сварку во всех пространственных положениях, обеспечивает высокую производительность. Основным недостатком процесса является его зависимость от подвижности окружающего воздуха, т.к. при сквозняках и ветре ухудшается защита расплавленного и перегретого металла, а следовательно, ухудшается качество сварного шва.

Электрошлаковая сварка - является разновидностью сварки под флюсом и применяется при необходимости соединения элементов конструкций значительных толщин. Свариваемые листы располагают вертикально с определенным зазором, который в процессе сварки с обеих сторон ограничивается подвижными охлаждаемыми ползунами. Между кромками свариваемых деталей создается высокотемпературная шлаковая ванна, при поступлении в которую электродный металл плавится, образуя с металлом оплавленных кромок сварной шов. Способ электрошлаковой сварки высокопроизводителен, однако требует дорогостоящего оборудования и рационален в условиях серийного производства при толщинах металла более 20 мм. Полуавтоматическая сварка порошковой проволокой - наиболее перспективный способ соединения элементов металлических конструкций. Он обладает всеми преимуществами ручной, полуавтоматической в защитных газах и сварки под флюсом.

Сварка наклонным и лежачим электродом - один из механизированных способов сварки штучными электродами. Этот способ обеспечивает удовлетворительное качество и производительность при относительно низкой требовательности к квалификации исполнителей.



3.4 Металлургические процессы при сварке

В процессе сварки плавлением металл сварного соединения плавится под действием мощного концентрированного источника тепла (сварочной дуги или газового пламени).

Металлургические процессы в сварочной ванне протекают в условиях, значительно отличающихся от условий, протекающих при выплавке стали. Это объясняется малым объемом расплавленного металла и быстротой происходящих в нем явлений.

При дуговой сварке стали объем расплавленного металла обычно колеблется в пределах от 4 до 60 см³ , а время затвердевания этого объема обычно не превышает несколько секунд, поскольку теплоотдача в окружающий сварочную ванну металл чрезвычайно велика.

В результате быстрого затвердевания металла сварочной ванны химические реакции, протекающие в расплавленном металле, не успевают закончиться. Для ускорения и облегчения протекания реакций в сварочной ванне, а также для создания условий вывода на ее поверхность растворенных в металле газов и шлаков применяются сварочные флюсы и разнообразные компоненты в составе покрытия сварочных электродов. При плавлении флюса или покрытия электрода на поверхности сварочной ванны образуется слой шлака, назначение которого, кроме снижения скорости охлаждения поверхности ванны, защищать перегретый металл сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха. В сварочном шлаке растворяется большинство вредных примесей.

Кроме шлака в процессе горения дуги образуется большое количество различных газов, которые кроме газовой защиты сварочной ванны участвуют в металлургических процессах, т.к. химические реакции между жидким металлом и газообразными веществами протекают быстрее, чем с твердыми и жидкими компонентами сварочного шлака.

Однако меры, применяемые для защиты металла сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха, не обеспечивают полной изоляции расплавленного металла от кислорода, а его излишнее содержание ведет к снижению механических свойств металла шва.

Для снижения количества кислорода в наплавленном металле, металл сварочной ванны раскисляют с помощью углерода, марганца, кремния и др. компонентов, которые специально вводят в состав сварочной проволоки и покрытия электродов.

Для компенсации выгорающих при сварке элементов, а также для легирования металла с целью обеспечения равнопрочности и сближения химического состава основного и наплавленного металла последний за счет добавок в проволоку или покрытие легируют хромом, молибденом, титаном, ванадием, вольфрамом и другими элементами.

Сварочная ванна образуется из расплавленного основного и электродного металла. При остывании металла сварочной ванны происходит его первичная и вслед за ней вторичная кристаллизация.

Кристаллизация - это образование кристаллов металла из жидкого расплава. При изменении температуры в затвердевшем металле кристаллы теряют свою первоначальную форму, превращаясь в зерна. Этот процесс называют вторичной кристаллизацией (перекристаллизацией).

В узких швах, имеющих коэффициент формы шва (отношение ширины шва к глубине провара) меньше единицы, последние участки жидкого металла располагаются в центре сечения шва, поэтому в этом месте возможны скопления шлаков, газов и других нежелательных включений.

У швов с коэффициентом формы шва больше единицы последние участки жидкого металла находятся в середине поверхности шва, а все вредные включения сосредоточиваются в вершине шва и свободно удаляются со шлаковой коркой.

Выделяющееся при сварке тепло уходит в свариваемый металл через околошовные участки, называемые зоной термического влияния. От обычной термической обработки нагрев и охлаждение металла сварного соединения в зоне термического влияния отличается мощностью и кратковременностью теплового воздействия вызывающего различные структурные изменения в околошовной зоне.

Свойства сварного соединения определяются свойствами металла шва и зоны термического влияния. Разрушения сварного соединения чаще всего происходят по этой зоне, где металл неоднороден и зачастую потерял пластичность.

3.5 Типы сварных соединений и виды сварных швов

Сварные соединения по своей конструкции делятся на стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные, рисунок 9.2.

Наиболее целесообразная форма сварного соединения с точки зрения технологичности и прочности - стыковое соединение. При всех видах нагрузок это соединение обладает наибольшей работоспособностью.

Стыковым соединением называется соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями.

Угловое соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом друг к другу (не обязательно под углом в 90є) и сваренных в месте примыкания их краев.

Тавровым называется соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом (также не обязательно в 90є) и приварен к боковой поверхности другого элемента.

Нахлесточным называется соединение, при котором элементы расположены параллельно друг другу и частично друг друга перекрывают.

По расположению в пространстве различают сварные швы нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные, рисунок 9.3. Выход шва из потолочного положения в вертикальное при сварке цилиндрических изделий (труб) называют полупотолочным положением.

Швы сварных соединений разделяют также по конфигурации: различают швы прямолинейные, кольцевые, вертикальные и горизонтальные.

По протяженности швы подразделяются на сплошные и прерывистые. Сплошные швы, в свою очередь, делятся на короткие, средние и длинные. По характеру выполнения различают швы односторонние и многосторонние.

В зависимости от направления действия внешних усилий сварные швы подразделяются на фланговые, лобовые, комбинированные и косые, рисунок 9.3. Во фланговом шве внешнее усилие действует параллельно оси шва, в лобовом - ось шва перпендикулярна действующему усилию; для комбинированного шва - это комбинация флангового и лобового, а в косом шве ось его располагается под углом к направлению действующего усилия.

Сварные швы различаются также по форме наружной поверхности, которая может быть нормальной (плоской), выпуклой и вогнутой.

Соединения с выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках, однако они не экономичны. Вогнутые и плоские швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках.

Обозначение швов сварных соединений на чертежах и конструкторских документах состоит из буквенного обозначения вида, типа сварного соединения и метода сварки. Вид сварки обозначается буквами: С - швы стыковых соединений; У - швы угловых соединений; Т - швы тавровых соединений; Н - швы нахлесточных соединений.

Метод сварки обозначается буквами: Э - электрическая дуговая; Ф - электрическая под флюсом; З - электрическая в защитных газах; Г - газовая; Кт - контактная. При выполнении швов электродуговой сваркой буквенное обозначение вида сварки можно не ставить. В некоторых случаях на выноске перед буквенным обозначением вида сварки проставляются буквенные обозначения способа сварки: Р - ручная; П - полуавтоматическая; А - автоматическая. Независимо от способа сварки видимый шов на чертеже изображается сплошной линией, а невидимый - штриховой.



3.6 Сварочное оборудование и инструмент

Источники сварочного тока: трансформатор - это аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Для питания постов автоматической сварки и в качестве многопостовых источников изготовляют трансформаторы на ток 1000 - 5000 ампер. Кроме сварочных трансформаторов при изготовлении и монтаже строительных конструкций находят применение сварочные агрегаты, преобразователи и выпрямители.

Сварочные агрегаты состоят из сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания. Сварочный преобразователь по своей сути такой же агрегат и состоит из сварочного генератора и электродвигателя трехфазного переменного тока.

Сварочные агрегаты и преобразователи выпускают ток до 1000 А.

Для снижения уровня шума от работающих двигателей и обеспечения сварочных постов постоянным током все более широкое применение находят сварочные выпрямители.

Пост ручной дуговой сварки обеспечивается источником питания сварочной дуги, инструментом сварщика, соединительными проводами, приспособлениями для укладки и поворота изделий, сварочными материалами.

В комплект инструментов сварщика входит электродержатель, молоток-зубило, металлическая щетка, щиток или маска, набор шаблонов, стальное клеймо.

Для соединения электродержателя к конструкции с источником питания и присоединение последнего к сети применяют провода различной конструкции и сечения от 10 до 120 мм². При сварке на токе до 200А сечение сварочного провода берут 25мм², при токе до 300А - 50мм²_, при токе 450А - 70мм².

Стационарный пост для ручной дуговой сварки располагают в специальной кабине. Для одного сварщика кабина имеет размер 2х2 или 2х2,5м, высотой не менее 2м. Ее стенки изготовлены из огнестойкого материала и крепятся к металлическому каркасу, между полом и стенкой д.б. просвет 200 - 300мм для естественной вентиляции. Кроме того в кабине устраиваются местные вытяжные устройства.

При сварке крупногабаритных изделий рабочее мечто располагается вне кабины непосредственно у изделия.

При работе во внецеховых условиях рабочее место сварщика д.б. защищено от сквозняков, ветра и атмосферных осадков.

Для защиты от излучения дуги и брызг расплавленного металла каждый сварщик обеспечивается спецодеждой и щитком или маской.

3.7 Сварочная проволока

Для дуговой и газовой сварки металлических конструкций, для наплавки и изготовления электродов применяется сварочная проволока сплошного сечения, выпускаемая по ГОСТ 2246-70. Стандартом предусматривается 77 марок сварочной проволоки различного химического состава: 6 марок низкоуглеродистой проволоки, 30 марок легированной проволоки и 41 марка высоколегированной проволоки.

Обозначение марок проволоки состоит из сочетания букв и цифр. Буквы и цифры в наименовании марок проволоки означают: Св - проволока сварочная; 08 - 0,8 % углерода (среднее содержание); А - нормальное, АА - еще более низкое содержание вредных примесей серы и фосфора; Г - проволока, легированная марганцем. Например, Св-08ГС расшифровывается: Св - сварочная проволока, содержащая 0,8 % углерода, до 1 % марганца и до 1 % кремния.

Выпускается проволока с омедненной или неомедненной поверхностью.

Стальная сварочная проволока выпускается диаметром от 0,3 до 12 мм и поставляется в кассетах или намотанной на катушки. Масса одного мотка или бухты проволоки не превышает 80 кг. Внутренний диаметр катушек и бухт проволоки может составлять 100 - 400 мм.

Каждая партия проволоки должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие проволоки требованиям стандарта. В сертификате указывается: товарный знак предприятия-изготовителя; условное обозначение проволоки; диаметр проволоки и номер ГОСТа; номер плавки и партии; состояние поверхности проволоки; химический состав; результаты испытаний на растяжение; масса проволоки в килограммах.

Проволока должна храниться в сухом закрытом помещении, защищающим ее от атмосферных осадков и почвенной влаги, отржавления, загрязнения и механических повреждений.

Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей применяют проволоки низкоуглеродистые (Св-08, Св-08А), марганцевые (Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2), кремнемарганцевые (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС).

Для сварки высоколегированных сталей применяют специальные проволоки, легированные хромом, никелем, ванадием, молибденом, титаном, ниобием и др.

Для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе и его смесях кроме проволоки, выпускаемой по ГОСТ 2246-70, применяют сварочную проволоку сплошного сечения микролегированную редкоземельными металлами (РЗМ).

Проволока с РЗМ выпускается диаметром 2,0; 1,6; 1,4 и 1,2мм. Углерода в ней содержится 0,11 - 0,17 %; марганца 1,5 - 1,9 %; кремния 0,7 - 1,1 % и РЗМ около 0,03 %. Проволока с РЗМ имеет следующие преимущества: облегченное зажигание дуги и повышенная стабильность ее горения; возможность работы на повышенных плотностях тока; снижен уровень потерь металла на разбрызгивание; брызги не прилипают к изделию, поэтому не требуется последующая очистка или нанесение на поверхность металла защитных средств, предотвращающих привариваемость брызг к свариваемой конструкции. Однако при сварке проволокой с РЗМ несколько возрастает излучение дуги в ультрафиолетовом диапазоне, а также количество озона в воздухе.

Для электродуговой наплавки выпускается стальная проволока диаметром 0,3 - 5 мм, которая поставляется свернутой в мотки с внутренним диаметром 150 - 700 мм и массой 1,5 - 30 кг.

По химическому составу наплавочная проволока делится на несколько групп. Проволока из углеродистой стали выпускается 8 марок: Нп-30; Нп-40; Нп-50; Нп-65; Нп-80; Нп-40Г; Нп-50Г и Нп-65Г. Проволока из легированных сталей Нп-30ХГСА, Нп-30Х5, Нп-5ХНМ, Нп-50ХФА. Проволока из высоколегированной стали Нп-3Х13, Нп-45Х4ВЗФ, Нп-60ХЗВ10Ф и др.

Кроме сплошной проволоки для сварки и наплавки применяют порошковую проволоку, ленточные сплошные и порошковые присадочные материалы, ГОСТ 26101-84, ГОСТ 26271-84, ГОСТ 26467-85 - порошковая лента, которая многократно повышает производительность наплавочных работ. Изготовляют порошковую проволоку путем непрерывного сворачивания низкоуглеродистой стальной ленты толщиной 0,2 - 1 мм и шириной 8 - 20 мм в трубку с одновременным заполнением этой трубки смесью мелко измельченных легирующих шлако- и газообразующих компонентов (шихтой).

3.8 Электроды для ручной дуговой сварки

В чертежах КМ указывается тип и марка электродов, по которым устанавливается режим сварки, нормы расхода электродов, нормы времени и т.д. Технические требования на электроды для сварки регламентированы ГОСТ 9466-75, который регламентирует длину электродов и допускаемые ее отклонения, эксцентричность покрытия и величины допускаемых дефектов покрытия, требования по прочности и влагостойкости покрытия, а также технологические свойства, методику испытаний, маркировку, упаковку, транспортирование и хранение электродов.

Цифры, стоящие за буквой Э, означают величину временного сопротивления разрыву металла шва в кг/мм² (для перевода в МПа нужно это значение умножить на 10). Буква А - повышенные требования по пластическим свойствам металла (относительное удлинение и ударная вязкость).

В электродах типа Э-М, Э-МХ, Э-ХМ, Э-10Х5МФ буквы, стоящие после буквы Э, обозначают содержание соответствующих элементов в металле шва, а цифры после каждой буквы указывают на приблизительное содержание этого элемента в процентах. В некоторых типах электродов буквы, обозначающие наличие элементов в металле шва, употребляются в различной последовательности. Например, Э-МХ и Э-ХМ. В таких случаях следует понимать, что первым обозначается химический элемент, содержание которого в металле наибольшее, а далее обозначаются элементы по убывающей величине их содержания в сплаве. Например, в электродах типа Э-ХМФБ хрома может содержаться до 1,4%, молибдена - до 1%, ванадия - до 0,4%, ниобия - до 0,25%.

Электроды, выпускаемые по ГОСТ 9467-75, могут иметь руднокислое (Р), рутиловое (Т), фтористо-кальциевое (Ф) или органическое (О) покрытие.

Электроды для дуговой сварки и наплавки высоколегированных сталей с особыми свойствами выпускаются по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 10051-75. Обозначение типа электрода состоит из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Цифры указывают среднее количество углерода в наплавленном металле в сотых долях процента. Буквы - химические элементы. Цифры за буквами - среднее содержание этих элементов в процентах. При содержании в наплавленном электродами металле элементов меньше 1,5% цифры не ставятся. А если в наплавленном металле кремния меньше 0,8% и марганца меньше 1%, то и буквы С и Г не ставятся. Например, Э-12ХВ, Э-12Х11НВМФ, Э-04Х10Н60М24 и др.

Сварочные свойства электродов должны соответствовать следующим требованиям:

- дуга должна легко зажигаться и стабильно гореть с использованием тока, род и режим которого рекомендованы паспортом на электроды;

- покрытие должно плавится равномерно, без отваливающихся кусков и без образования «чехла» или «козырька», препятствующего непрерывному плавлению электродного стержня

- наплавленный на поверхность пластины валик должен равномерно покрываться шлаком, который после охлаждения должен легко удаляться;

- металл шва и металл, наплавленный электродами, не должен иметь трещин.

От партии электродов, принятых потребителем по внешнему осмотру, должны быть отобраны образцы для проверки: прочности, покрытия, состояния поверхности, влагостойкости, коэффициента веса покрытия, эксцентричности, сварочных свойств.

Сварочные свойства электродов определяются путем сварки тавровых соединений, рисунок 10.2, пластин из стали, для сварки которой предназначены данные электроды. Сварка тавровых соединений производится в один слой в положениях, обусловленных паспортом на электроды, с использованием рекомендованного подогрева перед сваркой. Первоначально производится односторонняя сварка с последующим разрушением образца по шву. Излом соединения осматривается для выявления газовых и шлаковых включений.

Второй образец подвергается двусторонней сварке в положении «лодочка» с целью выявления трещин. Направление сварки обоих швов должно быть одинаковым.

Для защиты расплавленного и перегретого металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, а также для легирования металла шва и повышения стабильности горения при дуговой сварке применяют электроды со специальным покрытием, которое может составлять по массе до 40% массы электродного стержня. Покрытие электродов изготовляют из компонентов, которые подразделяются на стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие.

Покрытия электродов делятся на органические, рутиловые, рудно-кислые, фтористо-кальциевые и др.

В сертификате на электроды дается их условное обозначение, представляющее собой дробное выражение. В числителе записываются тип электрода, марка, диаметр, назначение, толщина покрытия и группа качества изготовления.

В знаменателе записывается индекс характеристики металла шва, вид покрытия, допускаемое пространственное положение, индекс рода тока и полярности. Например:

Э50-УОНИ-13/55У-4,0-УД2 ГОСТ 9466-75;

Е 513 (5)-Б26 ГОСТ 9467-75.

Здесь Э50 - тип электрода; УОНИ-13/55У - марка электрода: буква У означает, что электроды предназначены для сварки удлиненной дугой и для ванной сварки; 4,0 - диаметр электрода; У - назначение электродов, в данном случае электроды предназначены для сварки ответственных конструкций из малоуглеродистой и низколегированной стали с пределом прочности до 600 МПа (на этом месте может стоять другая буква, например Л - для легированных сталей, Т - для теплоустойчивых легированных сталей, Н - для наплавки); буква Д в условном обозначении означает толщину покрытия, в данном случае покрытие толстое, может стоять буква М - тонкое покрытие, С - среднее, Г - особо тонкое покрытие. Цифра 2 означает, что электрод второй группы по качеству изготовления, здесь может стоять цифра 1, что означает более высокое качество и 3 - более низкое качество. Буква Е в знаменателе - означает «электрод». Число 513(5) означает группу индексов, характеризующих металл шва. Буква Б означает вид покрытия. В данном случае покрытие основное. Может быть: А - кислое, Р - рутиловое, Ц - целлюлозное, Ж - покрытие с повышенным содержанием железного порошка. Первая цифра в последней группе обозначений указывает на допустимые пространственные положения при сварке этими электродами: 1 - все положения; 2 - все, кроме вертикального сверху вниз; 3 - все, кроме вертикального сверху вниз и потолочного; 4 - только нижнее положение. В данном примере электроды предназначены для сварки во всех пространственных положениях, кроме сварки на вертикали способом сверху вниз. Вторая цифра в последней группе обозначения дает сведения о роде тока и полярности: 0 - сварка на постоянном токе обратной полярности; 1, 4, 7 - сварка на переменном токе и постоянном токе любой полярности и т.д.

3.9 Технологические газы; флюсы

При сварке сталей в среде защитных газов применяют инертные и активные газы и их смеси. Основным защитным газом для полуавтоматической и автоматической сварки плавящимся электродом является углекислый газ. Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050-85, он бывает сварочный, пищевой, технический. Сварочный углекислый газ 1 сорта содержит не менее 99,5% двуокиси углерода и около 0,178г/м³ водяных паров при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст., температура 20єС). Сварочный углекислый газ 2 сорта содержит не менее 99% двуокиси углерода и около 0,515г/м³ водяных паров.

Аргон для сварки поставляется по ГОСТ 10157-79. Это инертный газ. По чистоте он делится на три сорта. Аргон высшего сорта (99,99% аргона) предназначен для сварки особо активных металлов и сплавов типа титана, циркония, ниобия.

Аргон 1 сорта (99,98% аргона) предназначен сварки алюминия, магния и их сплавов.

Аргон 2 сорта (99,95% аргона) предназначен сварки высоколегированных сталей и сплавов.

Кислород бесцветный газ, без вкуса и запаха. При температуре минус 118,8єС и давлении 5,1МПа сжижается. Для газопламенной обработки металлов применяют технический кислород по ГОСТ 5583-78 трех сортов: 1-й сорт с чистотой не ниже 99,7%, 2-й сорт с чистотой не ниже 99,5% и 3-й сорт с чистотой 99,2%.

В качестве горючих газов при сварке и термической резке используется ацетилен, пропан-бутан, природный газ, пары бензина или керосина.

Источником тепла служит пламя от сгорания смеси горючих газов с кислородом. Наибольшую температуру пламени при сгорании в кислороде (около 3100 єС) создает ацетилен.

Ацетилен это газ, получаемый в специальных генераторах путем разложения карбида кальция в воде. Ацетилен хорошо растворяется в бензоле, бензине и ацетоне, причем 1л ацетона может растворять от 13 до 50л ацетилена.

Вместо ацетилена при газопламенной обработке металла широко используют так называемые газы - заменители - пропан, бутан, природный газ и смесь пропана с бутаном.

Эти смеси называются сжиженными потому, что при нормальных условиях они находятся в газообразном состоянии, а при понижении температуры или повышении давления превращаются в жидкость.

При автоматической и полуавтоматической сварке для обеспечения устойчивого горения дуги, защиты металла от вредного воздействия на него составляющих воздуха и частичного легирования применяют сварочные флюсы, представляющие собой зернистое вещество, которые при расплавлении образуют шлак, покрывающий металл сварочной ванны.

Флюс замедляет процесс затвердевания жидкого металла и тем самым создает благоприятные условия для выделения газов из металла, способствует лучшему формированию шва, уменьшает потери тепла сварочной дуги в окружающую среду, сокращает потери электродного металла на угар и разбрызгивание. По способу производства флюсы делятся на плавленые и керамические.

Плавленые флюсы изготовляют путем плавления марганцевой руды, кварцевого песка, плавикового шпата и др. компонентов в электрических или пламенных печах в соответствии с ГОСТ 9087-81, который устанавливает состав флюса, размер зерен, плотность, методы испытания, требования по маркировке, упаковке, транспортированию и хранению. Размеры зерен флюса от 0,25 до 4 мм. Например, флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-26П могут иметь размеры зерна от 0,35 до 3 мм; флюс АН-60, АН-20П - от 0,35 до 4 мм, а флюс АН-348АМ, ОСЦ-45М, ФЦ-9 -от 0,23 до 1 мм. Плавленый флюс по строению зерна может быть стекловидным и пемзовидным.

Керамические флюсы представляют собой механическую смесь мелко измельченных компонентов, связанных жидким стеклом. Сырьем для их изготовления служит титановый концентрат, марганцевая руда, кварцевый песок, мрамор, плавиковый шпат, ферросплавы. Эти флюсы очень гигроскопичны и требуют хранения в герметичной упаковке, а малая прочность флюса требует транспортировки его в жесткой таре. Преимуществом керамического флюса является то, что он дает возможность легирования металла шва и снижает чувствительность процесса сварки к ржавчине.

При сварке проволокой диаметром более 3 мм рекомендуется применять флюс, имеющий крупную грануляцию (размер зерна 3,0 - 3,5 мм). С уменьшением диаметра проволоки, повышением плотности тока рекомендуется и снижение грануляции флюса.

Расход флюса, идущего на образование шлаковой корки, ориентировочно равен массе наплавленного металла. Расход флюса с учетом потерь при уборке и подаче на свариваемое изделие составляет массу, равную по массе расходу сварочной проволоки.



3.10 Приемка сварочных материалов

Каждая партия поступающих в организацию сварочных материалов должна иметь сертификат предприятия-изготовителя, удостоверяющий соответствие этих материалов требованиям ГОСТ, ТУ или паспорта.

Поступившие на предприятие материалы подвергаются входному контролю, который включает в себя: проверку соответствия заводской маркировке сертификатным данным; сохранность заводской упаковки и соответствия ее требованиям технических условий; наружный осмотр и проверку технологических свойств.

Входной контроль сварочных материалов производится с участием представителей службы сварки и отдела снабжения.

При разгрузке сварочных материалов необходимо производить их сортировку по партиям и состоянию упаковки. При повреждении и порче упаковки или самих материалов вопрос о возможности использования этих материалов решается службой сварки.

При использовании новых сварочных материалов, а также при нетоварном виде электродов и проволоки производят более тщательный внешний осмотр и обмер, проводят проверку сварочно-технологических свойств материалов, определяют механические свойства сварных соединений. Сварку образцов при проверке технологических свойств должны выполнять, как правило, сварщики, аттестованные на право производства работы при сварке ответственных металлических конструкций.

При обнаружении несоответствия качества материалов требованиям стандартов следует вызвать представителя завода-изготовителя для участия в приемке сварочных материалов по качеству и для составления двухстороннего акта. Акт утверждается руководителем предприятия и направляется заводу - изготовителю материалов, а копия - в вышестоящую организацию.

Складские помещения для хранения электродов, сварочной проволоки и флюса должны быть сухими, защищенными от осадков, иметь отопление, освещение и вентиляцию. Температура воздуха в помещении для хранения сварочных материалов должна быть не ниже плюс 15єС, а влажность - не выше 40%.

Складские помещения цехов д.б. обеспечены печами для сушки и прокалки электродов и флюса, а при необходимости и станками для очистки и намотки сварочной проволоки.

Сварочные материалы следует хранить на стеллажах, по партиям, типам, маркам, диаметрам, и датам изготовления. В целях избежания повреждения обмазки электродов их не следует складировать во взаимно перпендикулярных направлениях. Высота укладки упаковок не должна превышать пяти рядов. Бухты и катушки проволоки должны храниться в упаковке завода-изготовления.

Флюсы должны храниться в бумажных мешках уложенных в штабель, или в специальных закрытых емкостях (контейнерах, бункерах, ларях).

Каждая ячейка на стеллажах должна быть снабжена табличкой с характеристиками сварочных материалов и указанием срока годности. Сварочные материалы с истекшим сроком хранения допускается применять только после проверки их технологических свойств.

Баллоны с газами следует хранить в специальных сухих проветриваемых помещениях. Склады д.б. одноэтажными с покрытиями легкого типа и не иметь чердачного помещения. Стены, перегородки и покрытия складских помещений д.б. из несгораемых материалов не ниже II степени огнестойкости, окна и двери должны открываться наружу. Высота складских помещений д.б. не менее 3,25 м от пола до нижних выступающих частей покрытия. Для предохранения от падения баллоны устанавливают в специально оборудованные гнезда, клетки и ограждают барьером. Хранение баллонов должно производиться с навернутыми колпаками; на штуцерах вентилей баллонов с горючими газами должны стоять заглушки.

Для хранения электродов на рабочих местах следует использовать переносные пеналы вместимостью до 5 кг.

3.11 Оборудование и инструмент для газовой сварки и резки

На заводах металлоконструкций применяют три вида термической резки: ручным резаком, переносными и стационарными газорезательными машинами.

Переносные газорежущие машины имеют небольшие габариты, позволяют вырезать детали любой конфигурации из листового металла толщиной от 5 до 100 мм. Машина опирается на разрезаемый лист или рельс и перемещается вручную или с помощью встроенного электропривода. Для резки труб применяют специальные переносные машины, перемещаемые вокруг трубы по специальной цепи механизмом, приводимым в действие электродвигателем.

Стационарные газорезательные машины могут быть портальными, портально-консольными и шарнирными. Такие машины обеспечены устройствами для дистанционного поддержания заданного расстояния от поверхности листа до резака, устройствами для зажигания пламени и пуска режущего кислорода. Резка осуществляется без предварительной наметки способами копирования или программного управления.

В комплект оборудования для плазменно-дуговой резки входит резак (плазмотрон), пульт управления процессом, источник питания дуги электрическим током, баллон с плазмообразующим газом и механизм для перемещения плазмотрона вдоль линии реза.

Кислород и горючие сжиженные газы в сборно-сварочные цеха подаются централизованно по трубопроводам, подключенным к баллонным рампам, кислородным или ацетиленовым станциям или станциям газификации сжиженных газов.

При питании аппаратуры горючим газом от газопроводов с давлением выше 0,15МПа у каждого рабочего поста на газопроводе устанавливают постовый редуктор, который снижает давление газа и предохраняет газопровод от перетекания в него кислорода.

При питании аппаратуры горючим газом от баллона на него устанавливают баллонный редуктор. Без редуктора работать запрещается. Запрещается также отбирать газ из баллона при снижении в нем давления до предела, ниже которого нет возможности поддерживать рабочее давление и редуктор перестает служить обратным клапаном.

Во время работы баллоны со сжиженным газом должны находиться в вертикальном положении.

Предохранительный затвор предназначен для защиты газопровода горючего газа или ацетиленового генератора от проникновения в него пламени при обратном ударе или кислорода из горелки (резака). Затвор также предохраняет ацетиленовые генераторы низкого давления от образования в них вакуума и подсоса атмосферного воздуха.

К конструкции затвора предъявляют следующие требования:

- надежное задержание распространения обратного удара и удаление взрывчатой смеси в атмосферу;

- прочность при давлениях от взрыва горючей смеси;

- наименее возможное сопротивление потоку газа;

- доступность для контроля, осмотра, промывки и ремонта.

По конструкции водяные затворы бывают открытого и закрытого типа (низкого и среднего давления), а по пропускной способности они бывают постовыми и центральными. При использовании газо-заменителей используются сухие предохранительные затворы.

Для понижения давления газов до рабочего и поддержания его в заданных пределах применяют газовые редукторы. Редукторы оснащаются манометрами высокого давления, по которым сварщик может следить за давлением кислорода в баллоне, и манометрами рабочей камеры, показывающими давление газа, поступающего в горелку; давление на выходе редуктора устанавливается при помощи регулирующего винта.

Рукава (шланги) предназначены для соединения сварочной горелки или резака с редуктором или затвором. Газовые рукава применяют в соответствии с ГОСТ 9356-75.

Тип I - для подачи ацетилена, газов заменителей и защитных газов под давлением до 6 кг/см² (0,6 МПа); цвет наружного слоя (маркировка) - белый для ацетилена и красный для газов-заменителей.

Тип II - для подачи жидкого горючего, сжиженных и нефтяных газов. Рукав бензостойкий, рассчитан на давление до 6 кг/см² (0,6 МПа), цвет наружного слоя желтый.

Тип III - для подачи кислорода под давлением до 15 кг/см² (1,5 МПа), цвет наружного слоя - синий.

Закрепление рукавов на присоединительных ниппелях горелок, резаков, редукторов должно быть надежным, для чего применяют специальные хомутики. Испорченные места рукавов должны быть вырезаны, а отдельные куски соединены специальными двухсторонними ниппелями. В каждом рукаве допускается не более двух стыков.

3.12 Оборудование и инструмент для сварки под флюсом и в среде защитных газов

Рабочее место для выполнения сварки под флюсом и в среде защитных газов обеспечивается сварочным автоматом или полуавтоматом, пультом управления и источником питания дуги. Кроме сварочного оборудования рабочее место должно иметь приспособления для механизации вспомогательных работ, поворота конструкций в удобное положение, оборудование для подачи и уборки флюса, пускорегулирующую газовую аппаратуру, инструмент и сварочные материалы.

Сварочные аппараты для автоматической сварки под флюсом классифицируют по следующим признакам:

- по способу защиты дуги и сварочной ванны - под флюсом, по флюсу, с газовой защитой;

- по способу регулирования дуги - с саморегулированием, с автоматическим регулированием;

- по способу формирования металла шва - свободное и принудительное;

- по числу электродов - одно- и многоэлектродные;

- по количеству одновременно горящих дуг - однодуговые и многодуговые;

- по способу передвижения - подвесные и самоходные сварочные головки, сварочные тракторы, рельсовые и безрельсовые автоматы;

- по типу свариваемых швов - универсальные для сварки различных соединений и специализированные для сварки швов определенного типа.

Сварочный аппарат называется автоматом, если его механизмы и устройства выполняют следующие функции:

- подачу электродной проволоки и регулирование длины дуги;

- зажигание дуги в начале сварки;

- обрыв дуги в конце сварки;

- подвод тока к электродной проволоке;

- перемещение сварочной головки или изделия с заданной скоростью сварки;

- направление движения сварочной головки или изделия;

- корректировку положения электродной проволоки (угол наклона, вылет, положение относительно стыка и т.п.);

- правку проволоки;

- подачу и уборку флюса и др.

Сварочный аппарат, закрепленный неподвижно или перемещаемый только по специальным направляющим, установленным вне изделия, называется сварочной головкой. Головки могут быть подвесные и самоходные.

Сварочный аппарат, который может перемещаться непосредственно по свариваемому изделию, называется сварочным трактором.

Сварочный аппарат, имеющий только механизм подачи сварочной проволоки, называется полуавтоматом.

В комплект автоматов входит сварочная головка, пульт управления, источник питания и кассетное устройство.

Сварочные полуавтоматы для дуговой сварки плавящимся электродом изготовляются в следующих исполнениях:

- для сварки без внешней защиты дуги;

- для сварки под флюсом;

- для сварки в защитных газах;

- для сварки сплошной проволокой;

- для сварки порошковой проволокой;

- с плавной регулировкой скорости подачи проволоки;

- со ступенчатым регулированием скорости подачи электродной проволоки;

- с аппаратурой управления, встроенной в источник питания дуги;

- со специальным шкафом управления.

Полуавтоматы должны обеспечивать:

- зажигание и устойчивое горение дуги;

- точность поддержания установленного режима сварки;

- подачу электродной проволоки с установленной скоростью;

- наличие защитного газа в зоне сварки в момент возбуждения дуги и спустя 1 - 5 секунд после гашения дуги, а также проверку подачи газа перед сваркой;

- настроечное перемещение электродной проволоки;

- контроль величины сварочного тока, напряжения на дуге и напряжения холостого хода источника питания дуги.

Инструментом сварщика при автоматической и полуавтоматической сварке так же, как и при ручной, служит молоток-зубило, стальная щетка, шаблоны, клейма. Сварочный пост должен быть укомплектован приспособлением для уборки флюса, газовой пускорегулирующей аппаратурой, пассатижами, средствами защиты рук и лица от излучения сварочной дуги, а также средствами удаления вредных газов и аэрозолей из зоны дыхания сварщика.

3.13 Дефекты сварных швов и соединений

В процессе образования сварного соединения в металле шва и зоне термического влияния могут возникать дефекты, приводящие к снижению прочности, эксплуатационной надежности, точности, а также ухудшающие внешний вид изделия. Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварных соединений и могут явиться причиной преждевременного разрушения сварных конструкций. Особенно опасны трещиноподобные дефекты (трещины, непровары), резко снижающие прочность, особенно при циклических нагрузках.

Дефекты в сварных соединениях могут быть вызваны плохим качеством сварочных материалов, неточной сборкой и подготовкой стыков под сварку, нарушением технологии сварки, низкой квалификацией сварщика и другими причинами.

Различают дефекты допускаемые, на которые установлены нормы по величине и количеству, и недопускаемые, подлежащие обязательному исправлению. Нормативы дефектности сварных соединений устанавливают в зависимости от условий работы сварной конструкции.

В сварочном производстве выделяют дефекты следующих типов: подготовки и сборки изделий под сварку; формы шва; наружные и внутренние.



3.14 Классификация дефектов сварных швов и соединений

К дефектам, связанным с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания металла, относятся: горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения.

К дефектам, связанным с нарушением режимов сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, небрежностью и низкой квалификацией сварщика, относятся: несоответствие швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаверенные кратеры и др.

Наружные дефекты могут быть выявлены внешним осмотром.

Для обнаружения внутренних дефектов требуются специальные методы неразрушающего контроля и контроля с разрушением всей или части сварной конструкции.

Непровар -- это местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между металлом шва и основным металлом или между отдельными слоями шва при многослойной сварке. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает концентрацию напряжений, что может значительно снизить прочность и надежность конструкции. Величина допустимых непроваров регламентируется СНиП Ш-18-75. Непровары, величина которых превышает допустимую, подлежат исправлению.

Непровар в корне шва вызывается недостаточной силой тока или неоправданно высокой скоростью сварки на данном режиме. Непровар кромки вызывается смещением электрода с оси стыка, а также блужданием дуги. Непровар между слоями шва получается в результате плохой очистки предыдущих слоев или при натекании расплавленного металла под дугу.

Подрезом называется местное уменьшение толщины основного металла у границы шва. Он приводит к концентрации напряжений, если расположен перпендикулярно действующим рабочим нагрузкам. Глубина допустимых подрезов регламентируется СНиП Ш-18-75.

Наплывом называется натекание металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним.

Прожогом называется полость в шве, образовавшаяся в результате вытекания сварочной ванны. Прожог является недопустимым дефектом и подлежит обязательному исправлению.

Кратером называется незаваренное углубление, образующееся после обрыва дуги в конце шва. В кратере, как правило, образуются усадочные рыхлости и трещины.

Подрезы, натеки, наплывы, прожоги, незаверенные кратеры, трудно удаляемый после сварки шлак и брызги вызываются преимущественно чрезмерной силой тока и напряжения на дуге, неоправданно большим диаметром электрода, неправильными манипуляциями концом электрода, некачественной сборкой под сварку.

3.15 Сварочные напряжения и деформации

Внутренние напряжения в сварных швах и соединениях возникают в результате линейной усадки наплавленного металла, из-за неравномерного нагрева свариваёмого металла и из-за изменения объема металла при изменении его структуры.

Во время затвердевания и последующего охлаждении объем металла шва уменьшается - происходит линейная усадка, но так как он уже жестко связан с основным металлом, то его усадка вызывает появление внутренних напряжений. Чем меньше объем наплавленного металла, тем меньше внутренние напряжения и коробление.

Неравномерный нагрев свариваемого металла также вызывает появление внутренних напряжений. При нагреве защемленного участка в нем возникают силы сжатия, а при охлаждении силы растяжения. Величина силы сжатия определяется температурным удлинением при нагреве или, иначе говоря, коэффициентом линейного расширения. Сила сжатия в узле будет равна этому коэффициенту, умноженному на модуль сопротивлении и на температуру нагрева. Чем больше нагревается участок жестко закрепленной конструкции, тем больше сила сжатия в нем будет возникать.

При остывании детали в ней возникают силы растяжения, которые при определенных условиях могут разорвать ее.

При нагреве металл меняет свою внутреннюю структуру, что влечет за собой изменение объема. Это изменение объема создает в сварном соединении дополни - тельные силы сжатия, если объем увеличивается, или дополнительные силы растяжения, если он уменьшается Подобное явление наиболее часто наблюдается при сварке специальных сталей.

Напряженное состояние (растяжения или сжатия) часто наблюдается при сварке изделий большой толщины, жестких по конструкции. Оно не приводит к разрушению металла и с течением времени уменьшается.

При сварке мало пластичных или склонных к закалке металлов напряженное состояние в изделии проявляется в виде трещин, возникающих как в шве, так и в основном металле, прилегающем к сварному шву.

Наиболее часто внутренние напряжения проявляются в сварной конструкции в виде различных короблений, которые деформируют конструкцию и делают ее непригодной для нормальной эксплуатации без правки. Величина внутренних напряжений и короблений в большой степени зависит от способа свайки.

Борьба с внутренними напряжениями и деформациями является важнейшей задачей сварщика. Существует несколько способов уменьшения внутренних напряжений и деформаций в сварных конструкциях. К этим способам относятся: уменьшение массы наплавленного металла, правильный порядок наложения швов, выполнение длинных швов обратноступенчатым способом и применение многослойных швов, послойная их проковка, применение обратной деформации.

Уменьшение массы наплавленного металла на единицу массы конструкции достигается правильным конструированием изделия, применением листов и заготовок наиболее крупных размеров, сокращением сечения швов ля счет уменьшения угла скоса кромок, использования технологии сварки с глубоким проплавлением и сварки ни форсированных режимах.

При ручной дуговой сварке возможно применении нескольких способов выполнения длинных швов. Некоторые из этих способов показаны на рисунке 25, /*/.

Применение многослойных швов позволяет уменьшить внутренние напряжения и коробление, улучшить структуру и качество наплавленного металла, обеспечить послойную термическую обработку швов.

Послойная проковка швов применяется при сварки металлов больших толщин и специальных жаропрочны N сталей. Проковку производят после наложения каждого слоя частыми легкими ударами пневматического зубила с закругленным бойком. Частота и интенсивность прокопки выбираются опытным путем в зависимости от толщины металла, состава стали, температуры нагрева, при которой ведется сварка, и ряда других факторов и условии. Проковку ведут до уничтожения рисунка шва. Обычно первый и последний слои металла не подвергаются проковке, так как она может вызвать в них появление трещин и надрывов.

С целью уменьшения деформации конструкций, изготовляемых из вязких материалов, несклонных к трещинообразованию, может применяться жесткое закрепление отдельных элементов перед сваркой. Для закрепления используют специальные кондукторы, плиты и другие приспособления, обладающие большой жесткостью. В них собирают, сваривают и охлаждают конструкцию. Этот способ позволяет уменьшить или полностью избежать деформацию конструкции, но увеличивает внутренние напряжения в ней.

Для частичного или полного устранения внутренних напряжений применяют предварительный подогрев свариваемого металла, термическую обработку швов и околошовной зоны после окончания сварочных работ, иногда применяют полную термическую обработку изделия.

Исправление различных деформаций и местных искривлений, возникающих в процессе сварки, выполняют механической и термической правкой. Для механической правки применяют прессы, домкраты, правильные вальцы, ударные приспособления. Термическая правка выполняется путем воздействия местного источника тепли на деформированный участок (газовой горелкой, угольной дугой прямого или косвенного действия, наплавкой валика и т. п.).

Термическая правка широко используется в производстве, так как она проста, удобна, дешева, позволяет исправлять общие и местные деформации. Подвергать термической правке можно металлы, обладающие достаточной пластичностью и не меняющие своих свойств в интервалах температур правки.

При правке деформированную поверхность нагревают до 300--650 °С со стороны выпуклой части (горба). В зависимости от величины деформации нагрев производят несколько раз, начиная с максимальной точки прогиба и постепенно переходя к краю исправляемого участка.

Местным нагревом можно править сложные, механически обработанные детали.

3.16 Контроль качества и виды брака при сварке

Проверку качества сварных швов и соединений им строительных металлических конструкциях проводят соответствии с требованиями

СНиП III-18-75.

При организации технического контроля сварочный работ следует предусматривать предварительный, now рационный и окончательный этапы.

Предварительный контроль включает проверку качества сварочных материалов, условия их хранения и подготовки к работе; проверку состояния сварочного и вспомогательного оборудования; контроль квалификации сварщиков; контроль качества сборки и подготовки стыков под сварку.

Пооперационный контроль заключается в систематической проверке правильности выполнения заданного технологического процесса сварки и общих технологических операций.

Окончательный контроль заключается в оценке качества выполненных работ. При окончательном контроле качества сварные соединения могут быть подвергнуты внешнему осмотру и измерениям, различным видам физических методов контроля, механическим испытаниям, металлографическому исследованию и прочим видам испытаний, обеспечивающим достоверную оценку качества конструкций, если такие испытания предусмотрены технологическим процессом или производственной инструкцией по сварке изделия.

Внешним осмотром контролируют все типы сварных соединений при всех способах сварки всех свариваемых металлов и сплавов.

...