Изготовление двутавравой балки

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкции.

Сварка - такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов, резанием, литье, ковка. Большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. Перспективы сварки, как в научном, так и в техническом плане безграничны. Её применение способствует совершенствованию машиностроения и развития ракетостроения, атомной энергетики, радио электроники.

О возможности применения «электрических искр» для плавления метолов ещё в 1753г. говорил академик Российской академии наук Г.Р. Рихман при исследованиях атмосферного электричества. В 1802г. профессор. Санкт- Петербургской военно-хирургической академии В.В. Петров открыл явление электрической дуги и указал возможные области ее практического использования. Однако потребовалось многие годы совместных усилий ученых и инженеров, направленных создания источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Возможную роль в создании этих источников сыграли открытия и изображения в области магнетизма и электричества.

В 1882г. российский ученый инженер Н.Н. Бенардос, работая над созданием 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 проводить сварку плавящимся металлургическим электродам. С его именем связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов для воздействия на состав металла шва, создания первого электрического генератора.

В середине 1920-х гг. интенсивные исследования процессов сварки были начаты во Владивостоке (В.П. Вологдин, Н.Н. Рыкалин), в Москве (Г.А. Николаев, К. К. Окерблом). Особую роль в развитии и становлении сварки в нашей стране сыграл академик Е.О. Патон, организовавший в 1992г. лабораторию, а затем институт электросварки (ИЭС).

В 1924г- 1934гг. В основном применяли ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими (меловыми) покрытиями. В эти годы под руководствам академика В.П. Вологдина были изготовлены первые отечественные котлы и корпуса нескольких судов. С 1935- 1939гг. начали применять толсто покрытые электроды, в которых стержни изготавливали из легированной стали, что обеспечило широкое использование сварки в промышленности и строительстве. В 1940-е гг. была разработана сварка под флюсом, которая позволила повысить производительность процесса и качество сварных изделий, механизировать производство сварных конструкций. В начале 1950-х гг. в институте электросварки им. Е.О. Патона создают электрошлаковую сварку для изготовления крупногабаритных деталей из литых и кованых заготовок, что снизило затраты при изготовлении оборудования тяжелого машиностроения.

С 1948г. получили промышленное применение способы дуговой сварки в защитных газах: ручная сварка неплавящимися электродом, механизированная и автоматическая сварка неплавящимися и плавящимися электродами. В 1950-1952г в ЦНИИТМаше при участии МГТУ им. Н.Э. Баумана и ИЭС имени Е.О Патона был разработан высокопроизводительный процесс сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа обеспечивающий высокое качество сварных соединений.

В последние десятилетие создания учеными новых источников энергий - концентрированных электронного и лазерного лучей - обусловило появление принципиально новых способов сварки плавлением, получивших название электронно-лучевой и лазерной сварки. Эти способы сварки успешно применяют в нашей промышленности.

Сварка потребовалась и в космосе. В 1969г. нашли космонавты В. Кубасов и Г. Шонин и в 1984г С. Савицкая и В. Джанибеков привели в космосе сварку, резку, и пайку различных металлов.

Газовая сварка, при которой для плавления металла используют теплоту горящей смеси газов, также относятся к способам сварки плавлением. Способ газовой сварки был разработан в конце ХIХ.., когда началось промышленное производства кислорода, водорода и ацетилена, и является основным способом сварки металлов.

Наибольшее распространения получила газовая сварка с применением ацетилена. В настоящее время объем газосварочных работ в промышленности значительно сокращен, но ее успешно применяют при ремонте изделий из тонколистовой стали, алюминия и его сплавов, при пайке и сварки меди, латуни и других цветных металлов используют в современных производительных процессах газо-термическую резку, например при цеховых условиях и на монтаже.

К сварке с применением давления относятся контактная сварка, при которой используется теплота, выделяющаяся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока. Различают точечную, стыковую, шовную и рельефную контактную сварку.

Основные способы контактной сварки разработаны в конце ХlХ. В 1887г. Н.Н. Бенардос получил момент на способы точечной и шовной контактной сварки между угольными электродами.

Позднее, когда появилась электроды из меди и ее сплавов, эти способы контактной сварки стали основными.

Контактная сварка занимает ведущее место среди механизированных способов сварки в автомобиле строении при соединении тонколистовых штампованных конструкций кузова автомобиля. Стыковой сваркой соединяют стыки железнодорожных рельсов, стыки магистральных трубопроводов. Шовную сварку применяют при изготовлении тонкостенных емкостей. Рельефная сварка - наиболее высокопроизводительный способ арматуры для строительных железобетонных конструкций. Конденсаторную контактную сварку широко используют в радиотехнической промышленности при изготовлении элементной базы и микросхем. Одно из наиболее развивающихся направлений в сварочном производстве - широкое использование механизированной и автоматической сварки. Речь идет как о механизации и автоматизации самих сварочных процессов ( т.е. переходе от ручного труда сварщика к механизированному ), так и о комплексной механизации и автоматизации, охватывающей все виды робот, связанные с изготовлением сварных конструкций ( заготовительные, сборочные и др. ) и созданием поточных и автоматических производственных линий. С развитием техники возникает необходимость сварки деталей различных толщин из разных материалов, в связи с этим постоянно расширяется набор применяемых видов и способов сварки. В настоящее время сваривают детали толщиной от нескольких микрометров ( микроэлектронике ) до десятков сантиметров и даже метров ( в тяжелом машиностроении ). Наряду с конструкционными углеродистыми и низкоуглеродистыми сталями все чаще приходится сваривать специальные стали, легкие сплавы и сплавы на основе титана, молибдена, хрома, циркония и других металлов, а также разнородные материалы.

В условиях непрерывного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ большую роль играет правильная подготовка - теоретическая и практическая - квалифицированных рабочих - сварщиков.



ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИИ

Эскиз конструкции

Изготавливаемая сварная балка представляет собой сварную конструкцию из стальных листов с механическими параметрами не хуже, чем у горячекатаной по ГОСТ 26020-83 или по СТО АСЧМ 20-93. Расчетные механические свойства сварной балки не хуже, чем у соответствующего размера горячекатаной. Предельные отклонения по размерам и форме поперечного сечения соответствуют СТО АСЧМ 20-93 или ГОСТ 26020-83.

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Описание марки стали

Марка стали Вст3пс «Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества» по ГОСТ 380-2005

Применение: несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от --40 до +425 °С. Прокат от 10 до 25 мм -- для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от --40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Химический состав.

Химический состав в % материала ВСт3пс

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.14 - 0.22	0.05 - 0.17	0.4 - 0.65	до 0.3	до 0.05	до 0.04	до 0.3	до 0.3	до 0.08

Основные методы определения свариваемости

Применяемые на практике методы определения свариваемости используются для проверки свойств основного металла и выяснения пригодности данной технологии сварки или сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки, флюсов, защитных газов) для изготовления конструкции, соответствующей требованиям эксплуатации.

Все испытания, проводимые для определения показателей свариваемости, условно можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся испытания, применяемые при разработке новых марок стали, новых способов сварки и сварочных материалов, новых типов конструкций и при выборе марки стали, которая при данной технологии обеспечивает возможность получения качественной конструкции. Эту группу испытаний проводят, как правило, исследовательские организации в лабораторных условиях. Ко второй группе относятся испытания, применяемые при проверке кондиционности данной уже изученной марки стали или данного сварочного материала и при проверке пригодности изученной марки стали для изготовления новых конструкций. Вторую группу испытаний, как правило, производят в заводских условиях.

Методы определения показателей свариваемости можно разделить на прямые, при которых оценку производят путем сварки образцов заданной конструкции, и на косвенные, при которых сварочный процесс заменяют другим, имитирующим его процессом. Косвенные методы испытания следует рассматривать только как предварительные. Результаты их в большинстве случаев должны быть проверены путем прямых испытаний. Методы определения показателей свариваемости весьма разнообразны и многочисленны. В литературе описано более 200 таких методик. Тип образца обычно выбирают исходя из стремления максимально приблизить условия его испытания к условиям эксплуатации конструкции.

Определение стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин. Для определения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин используют ряд технологических проб.

Наибольшее распространение находят образцы, имитирующие реальные сварные соединения (тавровые, стыковые). Форму и размеры таврового образца для испытания угловых швов выбирают в соответствии с данными, приведенными на рис. 4-3, а и б табл. 4-2. Образцы (не менее трех) испытывают при определении качества основного металла и сварочных материалов, а также при проверке пригодности новых видов и режимов сварки в исследовательских работах и при приемочных испытаниях. Сварку следует проводить на основном металле толщиной 8 мм и более, содержащем максимально допустимое для данного материала количество вредных в отношении образования трещин элементов (углерод, сера, кремний, никель, фосфор).



Контрольный шов сваривают на режиме, оптимальном для данного способа сварки, марки стали и толщины металла. При проверке новых режимов сварки контрольный шов сваривают на разрабатываемом режиме. В табл. 4-3 для примера приведены режимы автоматической сварки под флюсом проволокой диаметром 5 мм низкоуглеродистых сталей с содержанием до 0,23% С и низколегированных сталей с содержанием до 0,18% С.

Трещины выявляют внешним осмотром поверхности контрольного шва после его сварки, излома шва после его разрушения или вырезанных из шва макрошлифов. При проведении испытаний по описанной методике можно получить только качественную характеристику стойкости против образования кристаллизационных трещин (наличие или отсутствие трещин). Количественную характеристику можно получить, проводя сварку контрольного шва на различных токах. Чем больше сила тока, при которой еще не наблюдается образования кристаллизационных трещин, тем лучше свойства испытуемого материала.

Для контроля основного металла и сварочных материалов и определения пригодности принятых режимов сварки конструкции, которой основными являются стыковые швы, Применяют образец, показанный на рис. 4-3, б. При толщине металла 5--14 мм разделку кромок не производят. Контрольный шов сваривают в нижнем положении. Длину образца выбирают по табл. 4-2.

Наличие трещин выявляют внешним осмотром поверхности шва, излома шва после его разрушения или по макрошлифам. Путем дополнительных испытаний может быть получена качественная характеристика стойкости против образования трещин в зависимости от критического тока.

К группе технологических проб относятся составные образцы, в которых наплавку производят на отдельные полосы или сегменты, скрепленные между собой прихватками или закрепленные в жестком приспособлении (рис. 4-4, а), и образцы переменной жесткости (рис. 4-4, б). Стойкость против образования кристаллизационных трещин определяют качественно по наличию или отсутствию трещин на поверхности шва и в изломе образца после его расчленения. Для количественной оценки проводят испытания по методикам МВТУ, ИМЕТ, Мюрекс и др.

По методике МВТУ образцы испытывают на специальной машине, снабженной сменными зажимами для сборки и сварки тавровых и стыковых соединений. Стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин определяется критической скоростью деформации, т. е. той максимальной скоростью, при которой еще не возникают продольные трещины. Чем выше эта скорость, тем больше стойкость металла шва против трещин. Испытания проводят главным образом в исследовательских работах для определения качества электродов, сварочной проволоки и флюса.

Для оценки стойкости металла шва против кристаллизационных трещин часто применяют контрольный химический анализ. Пробу для анализа отбирают от реального сварного соединения или от специально сваренного образца. Методика отбора проб для химического анализа регламентируется ГОСТ 7122--54. О стойкости металла шва против кристаллизационных трещин судят по содержанию в нем вредных примесей (главным образом серы и углерода). Критическое содержание примесей оговорено в технических условиях на данный вид продукции.

Практика показывает, что ни одна из описанных проб не дает четкой характеристики стойкости против кристаллизационных трещин. Создание более совершенной методики испытаний является весьма актуальной задачей.

Определение стойкости металла околошовной зоны против образования трещин. Трещины в околошовной зоне, как правило, образуются при сварке среднеуглеродистых, высоколегированных и среднелегированных сталей.

Методы испытания стойкости металла околошовной зоны против трещин дают в большинстве случаев качественную характеристику (наличие или отсутствие трещин). Испытание следует проводить на металле наибольшей применяемой в данном случае толщины при максимальном содержании элементов, снижающих стойкость металла против трещин (углерод, марганец, кремний и др.). Образцы сваривают на трех режимах, характеризуемых максимальной, средней и минимальной для данного способа сварки погонной энергией.

Для испытаний обычно используют специальный образец, имитирующий реальные сварные соединения (рис. 4-5, а, б). Осматривают образцы через 5--20 суток после сварки, что способствует наиболее полному выявлению трещин. Трещины выявляются при внешнем осмотре поверхности металла и по макрошлифам.

Для количественной оценки стойкости металла околошовной зоны против образования трещин служит образец, показанный на рис. 4-6. Образец собран из трех пластин толщиной не менее 4 мм с зазором не более 0,5 мм. Сварку проводят при нескольких заданных нормативными документами температурах. После сварки каждого шва образец доводят до заданной температуры, затем сваривают последующий шов. Наличие трещин проверяют по макрошлифам. Качественную оценку проводят по наличию или отсутствию трещин, количественную--по минимальной температуре, при которой еще не наблюдается образования трещин. Кроме прямых методов испытаний стойкости против образования околошовных трещин применяют и косвенные методы. К ним относится определение углеродного эквивалента:

Символ каждого элемента обозначает максимальное содержание его в металле (по техническим условиям или стандарту) в процентах. Если углеродный эквивалент Сэк > 0,45%, то для обеспечения стойкости околошовной зоны против образования околошовных трещин и закалочных структур следует применять предварительный подогрев до температуры 100--200° С. При сварке металла небольшой толщины предельное значение Сэк может быть повышено до 0,55%.

Определение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние. Любая, в том числе и низкоуглеродистая сталь в зависимости от условий эксплуатации может разрушаться пластично или хрупко. В обоих случаях происходит транскристаллическое разрушение, т. е. разрушение по телу зерна.

Для пластичного разрушения стали характерны следующие признаки: поверхность излома обычно расположена наклонно (приблизительно под углом 45°) по отношению к направлению главных нормальных напряжений; поверхность излома матовая; края разрушенного участка значительно деформированы. Для хрупкого разрушения характерны следующие признаки; поверхность излома обычно расположена перпендикулярно к направлению главных нормальных напряжений; поверхность излома блестящая; края разрушенного участка деформированы мало.

При нормальных температурах сталь имеет объемноцентри-рованную кубическую решетку. Пластическая деформация является результатом сдвигов, вызванных касательными напряжениями, и происходит в кристалле по плоскостям, проходящим по диагоналям куба. Разрушения от касательных напряжений называют разрушением путем среза. Хрупкое разрушение проходит по граням кубической решетки и обусловлено нормальными напряжениями. Оно называется разрушением путем отрыва.

В соответствии с двумя видами разрушения можно говорить о двух типах сопротивления разрушению: сопротивление срезу и сопротивление отрыву (хрупкая прочность). Приведенная на рис. 4-7 схема объясняет механизм перехода одного типа разрушения в другой. Кривая А отображает изменение хрупкой прочности, а кривая Б -- изменение предела теку чести в зависимости от температуры. Выше температуры пересечения кривых А я Б (Т) разрушение данного материала будет пластичным, а ниже - хрупким. Кривая В проведена в предположении, что надрез в металле повысил его предел текучести в 3 раза. Известно, что предел текучести металла у корня надреза повышается. При температуре выше Т2 материал у надреза будет разрушаться пластично, а ниже Т2--хрупко. Температура перехода от хрупкого разрушения к пластичному находится в интервале 7--Т2 в зависимости от наличия надреза и его формы.

Рис. 4-7. Кривые, характеризующие хрупкое и вязкое разрушение одного и того же металла (А Ф Иоффе)

Процесс хрупкого разрушения металла состоит из двух стадий. На первой стадии в металле возникают значительные пластические деформации. В хрупком изломе начальную стадию разрушения можно обнаружить по матовой поверхности. Вторая стадия разрушения металла является процессом непрерывного роста хрупких трещин, которые возникают на разных участках.

Развитие хрупкой трещины представляется следующим образом. Впереди фронта главной трещины (рис. 4-8) образуются микротрещины. Каждая такая микротрещина, развиваясь, распространяется в радиальном направлении до тех пор, пока не встретит на своем пути другие развивающиеся микротрещины или фронт главной трещины. Так как возникающие впереди фронта главной трещины отдельные микротрещины не лежат с ней в одной плоскости, то после их слияния образуются уступы в виде характерного, так называемого шевронного узора. Конец главной трещины имеет форму параболы. При наличии шевронного узора можно определить направление движения хрупкой трещины. Этим пользуются для того, чтобы найти место, откуда началось разрушение конструкции.

Как показывают опыты, скорость распространения хрупкой трещины может достигать 1800 м/с. С возрастанием скорости распространения трещины шевронные уступы становятся все мельче и, наконец, могут совсем исчезнуть. Увеличение скорости распространения трещины может привести к ее разветвлению, так как примерно одинаковые напояжения возникают

по широкой дуге трещины, скорость распространения хрупкой трещины настолько велика, что на ее распространение не успевают влиять внешние силы. Поэтому надо считать, что энергия, необходимая для образования новой поверхности трещины, поступает из накопленной в металле упругой энергии.

Различные стали в зависимости от их химического состава и структуры имеют разную стойкость против перехода в хрупкое состояние. Чтобы судить о сопротивляемости данной стали переходу в хрупкое состояние, принято испытывать несколько одинаковых образцов при разных температурах. Та сталь, которая имеет более низкую температуру перехода в хрупкое состояние, считается лучшей.

В настоящее время широко распространено испытание на поперечный изгиб стандартных образцов с условным надрезом. На рис. 4-9, а--в показаны образцы с полукруглым, остроугольным и ключевидным надрезами, применяемые для испытания на ударный изгиб. Образцы вырезают из подлежащего исследованию металла поперек или вдоль прокатки и испытывают при разных температурах. При понижении температуры наступает такой момент, когда значение ударной вязкости резко падает. На рис. 4-10 видно, что в интервале температур Т±--Т2 имеет место рассеяние результатов испытаний. Температура Тг называется верхней, а Т2 -- нижней критическими температурами перехода в хрупкое состояние.

Вырезая из стыкового соединения образцы для ударного изгиба так, чтобы разрез располагался в металле шва, околошовной зоне или основном металле, и испытывая эти образцы при различных температурах, можно определить для каждого участка металла температуры Тг и Т2. Сравнение этих температур показывает, какой из участков стыкового соединения имеет более высокую критическую температуру. Эти испытания были предложены в конце XIX в. и благодаря их простоте нашли весьма широкое распространение. Однако описанный метод имеет существенные недостатки, которые не позволяют использовать его для решения ряда возникающих в технике задач. Основные недостатки метода испытания надрезанных образцов на ударный изгиб следующие;

Образец имеет малые размеры и надрез произвольно выбранной формы. При других размерах и форме надреза результаты испытаний образца будут другими. Поэтому получают только сравнительные характеристики сталей. На основании таких испытаний нельзя предвидеть температуру, при которой может произойти хрупкое разрушение стали при работе ее в определенной конструкции.

Величина ударной вязкости состоит из работы, затрачиваемой на образование первой стадии хрупкого разрушения, на протекание второй стадии разрушения и на пластическую деформацию сжатого участка образца. Так как в различных сталях энергия, затрачиваемая на каждую из указанных стадий разрушения, может быть различна и соотношение между этими энергиями также может быть разное, нельзя быть уверенным в том, что получаемые при испытаниях данные дадут правильную сравнительную оценку исследуемых сталей.

В последнее время разработан ряд способов испытания образцов на ударный изгиб с определением энергии, необходимой для зарождения и распространения трещин. Усилия многих ученых направлены на создание методик, обеспечивающих получение достоверных и воспроизводимых результатов таких испытаний. Сопротивление распространению трещины может служить объективной характеристикой склонности материала к хрупкому разрушению. Эти способы испытаний, вероятно, найдут широкое применение.

Большое количество хрупких разрушений сварных морских судов типа Либерти, наблюдавшихся в 1942--1945 гг. в США, а также ряд аварий больших резервуаров для хранения жидкостей и газов и других конструкций в значительной степени способствовали изысканию методов испытаний, позволяющих судите

о надежности стали в условиях работы конструкции. В настоящее время имеется более 30 типов образцов разнообразной формы с надрезами различных видов, которые при испытаниях подвергаются растяжению, изгибу и другим видам нагрузки при различных температурах.

На рис. 4-11, а изображен образец для испытания на растяжение и изгиб, представляющий собой пластину размером 126Х X 75 X 5 мм с надрезом на одной стороне. На рис. 4-11,6 изображен другой тип образца для испытания на изгиб. При испытании указанных образцов исследуют различные критерии определения перехода металла в хрупкое состояние. Такие критерии, как угол изгиба при максимальной нагрузке, сужение площади поперечного сечения и удлинение, характеризуют пластичность стали перед тем, как начнет распространяться трещина, т. е. характеризуют наступление первой стадии разрушения. Такие критерии, как внешний вид излома и работа после максимальной нагрузки, отражают поведение стали при распространении в ней трещины.

Если эти две группы критериев отражают различные свойства стали, то можно ожидать, что температура перехода стали в хрупкое состояние, установленная на основании этих критериев для одной и той же стали, будет различна. Проведенные исследования показали, что могут быть две температуры перехода металла в хрупкое состояние. Первую из них определяют на основании критерия внешнего вида излома. Этот критерий устанавливает температуру, ниже которой наблюдается хрупкая по внешнему виду поверхность излома стали. Вторую температуру определяют на основании критерия пластичности (угол изгиба, относительное удлинение и т. п.). Этот критерий устанавливает температуру, при которой сталь снижает свою пластичность ниже определенной условной величины.

Температура перехода стали в хрупкое состояние, определяемая на основе критерия пластичности, меняется в зависимости от условий сварки, остроты и глубины надреза. При изменении указанных факторов в неблагоприятную сторону температура перехода стали в хрупкое состояние повышается и приближается к температуре, установленной на основании критерия внешнего вида поверхности излома. С учетом этого можно считать, что критерий внешнего вида отражает поведение стали при самых неблагоприятных условиях, т. е. при наличии бесконечно острого надреза.

Для изучения способности различных сталей сопротивляться распространению хрупкой трещины предложен образец, изображенный на рис. 4-12, а. На одном конце образца высверлено отверстие, в котором сделан надрез. Образец устанавливают в разрывной машине. Конец образца с отверстием охлаждают жидким азотом, противоположный конец образца нагревают. После установления стабильного перепада температуры образец нагружают до постоянной величины поперечных напряжений. Затем наносят удар крупнокалиберной пулей по охлажденному концу. Удар вызывает образование хрупкой трещины, которая под действием поперечных напряжений распространяется в образце и на каком-то расстоянии останавливается. Фиксируется температура участка образца, где остановилась трещина.

Испытания ряда образцов при разных нагрузках позволяют построить кривые (рис. 4-12, б), показывающие, как в зависимости от температуры стали изменяются критические поперечные напряжения, т. е. напряжения, при которых идет распространение хрупкой трещины. Область, лежащая выше и левее кривой, характеризует условия (напряжения и температуру), при которых однажды возникшая хрупкая трещина будет распространяться и пересечет весь образец. Ниже и правее кривой находится область, характеризующая условия, при которых однажды возникшая трещина остановится и не будет распространяться в металле.

Каждая марка стали в зависимости от ее химического состава, структуры и толщины имеет свою, характерную для нее кривую. Для подобных кривых типично наличие почти горизонтального участка, расположенного на уровне сравнительно невысоких поперечных напряжений, и почти вертикального участка.

Процесс хрупкого разрушения имеет две стадии. По вопросу о том, какую стадию разрушения нельзя допускать, существуют две точки зрения. Согласно первой из них, в любой металлической конструкции, а тем более в сварной конструкции, неизбежно наличие различного рода дефектов (подрезов, трещин, шлаковых включений и т. п.). Эти дефекты являются резкими концентраторами напряжений, от которых могут брать начало хрупкие трещины. Для того чтобы образовались первые трещины, всегда найдутся случайные причины, как-то: удары, резкое изменение температуры, корродирующая среда и т. п. Поэтому важно не образование первых хрупких трещин, а предотвращение их распространения. Этого можно достичь, если металл будет обладать достаточным сопротивлением распространению хрупкой трещины. Следовательно, необходимо выбирать сталь исходя из ее способности гасить образовавшуюся хрупкую трещину.

Вторая точка зрения заключается в том, что сталь должна предупреждать зарождение хрупкой трещины. Так как хрупкая трещина возникает всегда у резких концентраторов напряжений, то можно сказать, что сталь должна быть малочувствительной к острым надрезам. Сторонники второй точки зрения обычно указывают, что для зарождения хрупкой трещины требуется больше энергии, чем для распространения уже начавшейся трещины.

Рассмотренные образцы и методы определения температуры перехода стали в хрупкое состояние можно разделить на три группы:

Определение порога хладноломкости с помощью испытания на поперечный изгиб на маятниковом копре образцов с различными типами надреза. Эти испытания дают результаты, которые могут сложить только для сравнения между собой различных сталей, сварочных материалов, способов и режимов сварки.

Определение температуры перехода в хрупкое состояние с помощью специальных образцов. В процессе испытания этих образцов были определены две температуры в зависимости от принятого критерия: одна температура--начала возникновения хрупкой трещины (первая стадия разрушения), а другая -- распространения хрупкой трещины (вторая стадия разрушения).

Определение сопротивления стали распространению хрупкой трещины (вторая стадия разрушения).

Испытания второй и третьей групп имеют целью охарактеризовать поведение металла в реальной конструкции. Поэтому результаты испытания всех образцов всегда сравнивают с данными наблюдаемых случаев хрупкого разрушения конструкций. Эти сравнения показывают достаточное совпадение критической температуры перехода стали в хрупкое состояние, определенной на том или ином типе образца, с температурой, при которой произошла авария.

Образцы для испытаний второй и третьей групп имеют значительные размеры, и использование их представляет определенные трудности. Поэтому были затрачены значительные усилия, чтобы установить корреляцию между испытаниями больших специальных образцов и испытаниями стандартных малых образцов на ударный изгиб. Полной корреляции установить пока не удалось, однако для отдельных групп сталей такая корреляция намечается. Так, установлено, что в судах типа Либерти хрупкие разрушения наблюдались при температурах, при которых малые образцы с остроугольным надрезом, вырезанные из листов разрушенных судов, имели ударную вязкость не более 1,2 кгс/см2.

Образцы для испытаний второй и третьей групп можно применять в исследовательских работах. Для практических же задач контроля качества металла следует пользоваться стандартными образцами с полукруглым или острым надрезом, испытываемыми на ударный изгиб.

С целью повышения стойкости основного металла против перехода в хрупкое состояние следует применять для ответственных сварных конструкций стали с пониженным содержанием углерода. Значительное влияние на стойкость против перехода в хрупкое состояние оказывают тип электродов, состав флюса, режим сварки и другие технологические факторы. При разработке технологии сварки ответственных конструкций все это следует учитывать.

ОБОРУДОВАНИЕ СВАРОЧНОГО ПОСТА

Сварочный пост

Сварочный пост -- это рабочее место сварщика, оснащенное комплектом технологически связанного между собой оборудования, необходимыми приспособлениями и инструментом. Сварочные посты могут быть стационарными или передвижными.

Стационарный пост представляет собой открытую сверху кабину размером 2000x2500x2000 мм (рис. 6.1). Ее стенки изготовляют из тонкой стали, фанеры или брезента (причем фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов) и окрашивают светло-серой краской, хорошо поглощающей ультрафиолетовое излучение. Пол выполняют из огнестойкого материала. Освещенность кабины должна составлять не менее 80 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией, обеспечивающей воздухообмен 40 м3/ч. Вентиляционный отсос должен быть расположен так, чтобы выделяющиеся при сварке газы отводились от сварщика. Сварку выполняют на рабочем столе высотой 500...700 мм с чугунной крышкой толщиной 20...25 мм. Для включения источника сварочного тока в кабине устанавливают рубильник или магнитный пускатель.

Передвижной пост применяют при сварке крупногабаритных изделий в зоне выполнения сварочных работ. Пост, расположенный на открытой площадке, оборудуют навесом. Для защиты от светового излучения используют складные щиты.

Рис. 6.1. Стационарный сварочный пост ручной дуговой сварки:
1 - источник сварочного тока, 2 - стол для электродов, 3 - ящик для инструмента, 4 - рубильник, 5, 6 - вытяжная камера, 7 - электрододержатель, 8 - стул сварщика

ОПИСАНИЕ СПЕЦОДЕЖДЫ СВАРЩИКА И ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА

КОСТЮМ СВАРЩИКА СО СПИЛКОМ 2,3 КВ.М.

Огнезащитный брезентовый со спилком (комбинированный) сварочный костюм предназначен для защиты рабочего от брызг расплавленного металла, искр, повышенных температур и теплового излучения при сварке. Стойкость брезента к прожиганию - 50 сек. 
Маркировка по защитным свойствам: Тр.

Сварочный костюм состоит из куртки и брюк.

Сварочная роба - спец одежда для сварщика со спилком и брезентом. Передняя часть куртки и кокетка полностью покрыта спилком. Куртка с центральной потайной застёжкой на пуговицы. На полочках карманы. Кокетка, переходящая на полочки, закрывает плечи и верхнюю часть спинки. Под рукавами, на спинке под кокеткой вентиляционные отверстия. Передняя часть брюк с накладками из спилка. Брюки с откидывающейся передней частью, задние половинки с притачным поясом, застегивающимися спереди, с карманами в боковых застежках брюк. Передние половинки с цельнокроеным поясом, пристегиваются к поясу задних половинок. 
Материалы, используемые при пошиве защитной огнеупорной сварочной одежды:

спилок кожевенный черный (кожанные накладки). Толщина спилка 0,9 - 1,1 мм, площадь - 2,3 кв.м.;

ткань - брезент ОП хаки пл. 480 гр/м2 (парусина полульняная арт. 11293 ОП) или пл. 550 гр/м2 ГОСТ 15530-93, бязь х/б.

ГОСТ 12.4.045-87.

Инструменты сварщика.

Наименование	ЭСКИЗ
ПРОВОЛОЧНАЯ ЩЕТКА
МОЛОТОК ДЛЯ СБИВАНИЯ ШЛАКА
ЗУБИЛО
МОЛОТОК СЛЕСАРНЫЙ
НАБОР ШАБЛОНОВ И ЩУПОВ
ЭЛЕКТРОДЕРЖАТЕЛЬ ПРУЖИННЫЙ
ЭЛЕКТРОДЕРЖАТЕЛИ ВИЛОЧНЫЕ
ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ РЕВЕРСИВНАЯ ЩЕТКА УПЩР-1	1 - двигатель; 2 - рукоятка; 3 - щетка
ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАШИНКА С ГИБКИМ ВАЛОМ	1 - двигатель; 2 - редуктор; 3 - шлифовальный круг; 4 - ручка

Виды дефектов

Кратеры - обрыв дуги. Неправильное выполнение конечного участка шва.

Поры - быстрое охлаждение шва. Загрязнение кромок маслом, ржавчиной. Не просушенные электроды. Высокая скорость сварки.

Включение шлака - грязь на кромках. Малый сварочный ток. Большая скорость сварки

Не сплавления - Плохая зачистка кромок. Большая длинна дуги. Недостаточный сварочный ток. Большая скорость сварки.

Наплыв - Большой сварочный ток. Неправильный наклон электрода. Излишне длинная дуга.

Свищи - Низкая пластичность металла шва. Образование закалочных структур. Напряжение от неравномерного нагрева.

Подрезы - Большой сварочный ток. Длинная дуга. При сварке угловых швов смещение электрода в сторону вертикальной стенки.

Не провар - малый угол скоса вертикальных кромок. Малый зазор между ними. Загрязнение кромок. Недостаточный сварочный ток. Завышенная скорость сварки.

Прожог - большой ток при малой скорости сварки. Большой зазор между кромками. Под сварку швов плохо поджатая флюсовая подушка или медная подкладка.

Неравномерная форма шва - неустойчивый режим сварки. Неточное направление электрода.

Трещины - резкое охлаждение конструкции. Высокое напряжение в жестко закрепленных конструкциях. Повышенное содержание серы и фосфора.

Пережег - Чрезмерный нагрев около шовной зоны. Неправильный выбор тепловой мощности. Завышенные значения мощности пламени или сварочного тока.

Подробно описать контроль внешним осмотром

Внешнему осмотру подвергают сварной шов и зону прилегающего к нему основного металла на расстоянии не менее 20 мм от границы шва по всей протяженности сварного соединения с двух сторон (в случае доступности для осмотра).

Контроль внешним осмотром сварных соединений, подвергающихся термообработке, осуществляется до и после нее. Сварные соединения, для которых радиационный, ультразвуковой и другие методы неразрушающего контроля невозможны, следует контролировать внешним осмотром после выполнения каждого слоя шва.

Условия проведения контроля внешним осмотром и измерением, объем контроля и нормы допустимых дефектов определяются техническими условиями на продукцию.

ГАЗОВАЯ СВАРКА

Газовая сварка -- один из способов сварки плавлением. Сварочное пламя, получающееся при сжигании горючего газа в смеси с кислородом и используемое для нагревания и плавления свариваемых кромок изделия и присадочного материала, кроме того, образует вокруг ванны расплавленного металла газовую зону, которая защищает его от воздействия окружающего воздуха.

Газовую сварку широко применяют при изготовлении тонкостенных конструкций из углеродистой стали, при сварке многих цветных металлов и их сплавов, при ремонтной сварке чугунных изделий, при заварке дефектных мест литья черных и цветных металлов и др.

Сварочные посты газовой сварки должны иметь: ацетиленовый генератор или баллон с горючим газом; кислородный баллон; редукторы (кислородный и для горючего газа) для понижения давления газа, выходящего из баллона и подаваемого в сварочную горелку или резак; сварочную горелку и резак с набором сменных наконечников; шланги для подачи горючего газа и кислорода в горелку или резак; сварочный стол; приспособления, необходимые для сборки изделий под сварку; комплект инструментов сварщика, очки с защитными стеклами; спецодежду сварщика.

Ацетиленовый генератор -- аппарат, предназначенный для получения ацетилена при взаимодействии карбида кальция с водой. Ацетиленовые генераторы различаются по следующим признакам:

1) по давлению получаемого ацетилена -- низкого давления -- до 0,01 МПа (0,1 кгс/см2), среднего давления --0,01--0,15 МПа (0,1--1,5 кгс/см2) и высокого давления -- свыше 0,15 МПа (1,5 кгс/см2). В практике получили широкое распространение генераторы низкого и среднего давления. Генераторы высокого давления взрывоопасны, поэтому не применяются;

2) по производительности -- выпускаются генераторы производительностью от 0,3 до 1000 м3/ч ацетилена. При строительно-монтажных работах, как правило, применяют генератор производительностью 1,25 м3/ч;

3) по способу установки -- передвижные и стационарные;

4) по принципу действия -- генераторы, работающие по принципам «карбид в воду», «вода на карбид» и «вытеснения воды». Принцип «карбид в воду» предусматривает периодическую подачу в воду (порциями) карбида кальция.

Выход ацетилена в этом случае достигает 95%. В генераторах «вода на карбид» периодически подается вода в специальное загрузочное устройство, куда заранее насыпают карбид кальция.

Стационарные ацетиленовые генераторы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха 5--35° С, передвижные генераторы -- при температурах от --25 до 4-40° С. Применяют передвижные генераторы низкого давления типа АНВ и среднего давления типа АСМ и др.

Генераторы АН В работают по принципу «вода на карбид» в сочетании с системой «вытеснения воды». Применяют их при выполнении монтажных и ремонтных работ на открытом воздухе при температуре до --25° С. Для выполнения временных работ по сварке и резке аппараты разрешается устанавливать в жилых и производственных зданиях пря условии хорошей естественной вентиляции и при объеме помещения не менее 300 м3. Генераторы различаются по конструкции загрузочной корзины и расположению крана подачи воды.

Газогенератор АСМ-1,25 работает по системе «вытеснения воды», он оборудован манометром и ручками. Этот газогенератор можно устанавливать в помещениях при надлежащей естественной вентиляции. На открытом воздухе он приспособлен для работы при температуре до --25° С.

Передвижной генератор АСВ-1,25 разработан на основе генератора АСМ-1,25; он отличается конструкцией загрузочного устройства, позволившего увеличить единоьременную загрузку карбида до 3 кг.

Генераторы снабжают предохранительными водяными затворами для защиты их от взрывной волны газокислородного пламени при обратном ударе

Редукторы служат для понижения давления газа, поступающего из баллонов, до рабочего давления в горелке и поддержания его постоянным в процессе сварки.

Кислородный редуктор ДКП-1-65 имеет манометр высокого давления со шкалой 0--250 кгс/см2, манометр низкого давления со шкалой 0--25 кгс/см2 и предохранительный клапан. Редуктор крепят к баллону накидной гайкой с правой резьбой 3/4".

Ацетиленовый редуктор ДАП-1-65 также имеет манометры со шкалами соответственно 0--30 и 0--6 кгс/см2. Редуктор крепят к баллону с помощью хомутика, надеваемого на вентиль баллона.

Сварочные горелки подразделяются на два основных типа: инжекторные и безынжекторные. При сварке в монтажных условиях наибольшее распространение получили инжекторные горелки, работающие на ацетилене низкого и среднего давления, т. е. давлений, установленных для передвижных ацетиленовых генераторов.

Для ацетилено-кислородной сварки существуют горелки четырех типов: Г1 (микромощности), Г2 (малой мощности), ГЗ (средней мощности) и Г 4 (большой мощности). Широко применяются сварочные инжекторные горелки средней мощности -- «Звезда», ГС-3, «Москва» и малой мощности -- «Звездочка», ГС-2 и «Малютка» (табл. 218). Горелки средней мощности используют при ручной сварке, наплавке, пайке и подогреве деталей из черных и цветных металлов и их сплавов. В комплект горелки входят ствол и семь сменных наконечников (от № 1 до № 7) для сварки металла толщиной 0,5--30 мм.

Горелки малой мощности служат для сварки тонкостенных изделий (0,2--7 мм); они комплектуются четырьмя наконечниками (№0, №1,№2 и №3).

Резаки предназначены для разделительной резки металлов толщиной до 300 мм. Применяют ацетилено-кислородные резаки инжекторного типа. Резак РР-53 имеет пять внутренних и два наружных сменных мундштука, позволяющих резать металл со скоростью 80--560 мм/мин. Применяют также керосино-кислородные резаки РК-62 и РК-63. Резаки могут также работать с использованием пропан-бутановых смесей, но производительность резки при этом снижается. Резак РК-63 работает при несколько повышенном давлении и расходе кислорода, что позволяет вести резку металла толщиной до 300 мм. балка сталь газовый сварка

При выполнении газосварочных и газорезательных работ с частым переходом от одной операции к другой (от сварки к резке, и наоборот) применяют вставные резаки. Их присоединяют к стволам сварочных горелок вместо сменных наконечников.

Размещено на Allbest.ru

...