Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В. Петров (1761-1834) открыл электрическую дугу и описал явление, происходящее в ней, а также указал на возможность ее практического применения.

В 1881 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос (1842-1905) применяя электродную дугу для соединения и разъединения сталей. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока. В качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, продолженная Бенардосом, применялась в России мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардосом были открыты и другие виды сварки: контактная точечная сварка, дуговая сварка несколькими электродами в защитном газе, а также механизированная подача электрода в дугу.

В 1888 году русский инженер Н.Г. Славянов (1854-1897) предложил дуговую сварку плавящемся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применение флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил на плавку и сварку чугуна Н.Г. Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал 1-ый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897 года.

Однако в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка получает распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х годов под руководством профессора В.П. Воладина на Дальнем востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов, а несколько позже - сварку судов и ответственных судов.

1938 году ученый Д.А. Дульчевский изобрел автоматическую сварку под флюсом. сварка чугун сварщик безопасность

Новый этап в развитии сварки относят к 30-х годам 20 века, когда коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика АН УССР Е.О. Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось с 1940 года. Сварка под флюсом сыграла огромную роль в годы Великой Отечественной войны при производстве танков, самоходных орудий и автомобилей. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.

В конце 40-х годов получило промышленное применение сварки в защитном газе.

Огромным достижением советской сварочной техники являлось разработка коллективом ИЭС в 1949 году электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины.

В последующие годы в стране стали применяться: Сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др.

Большой вклад в развитии сварки внесли ученые нашей страны В.П. Володин, В.П. Никитин, Ю.А. Дульчевский, Е.О. Патон, а также коллективы института электросварки имени Е.О. Патона, Центрального научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института автогенного машиностроения (ВНИИ автоинмаш), Ленинградского завода «Электрик», института металлургии (ИНЕТ) имени А.А. Байлова и др.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоемкие процессы изготовления конструкции, как пленка и литье, соединение на резьбе и ковка.

Преимущество сварки перед этими процессами следующие:

-Экономия металла - 10…30% и более зависимости от сложности конструкции.

-Уменьшение трудоемкости работ, а соответственно сокращение сроков работ и уменьшение их стоимости.

-Удешевление оборудования.

-Возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей.

-Герметичность сварных соединений выше, чем клепаных и резьбовых.

-Уменьшения производственного шума и улучшение условий труда рабочих.

Сварка сопровождается комплексом одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в зоне термического влияния, термодеформационные плавления, металлургической обработки и кристаллизации металла в объёме сварочной ванны.

Сварка - это один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолётов, мостов, реакторов и других необходимых конструкций.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Особенности сварки чугуна

Сплав железа с углеродом, содержащий от 1,7 до 6,7% углерода, 1--3,5% кремния и 0,3--1% марганца, называется чугуном. В сером литейном чугуне углерод находится преимущественно в виде прослоек графита, расположенных между зернами сплава. Содержание углерода в литейном чугуне колеблется в пределах 3--3,6%, кремния 1,6--2%, марганца 0,5--1%, серы до 0,12%, фосфора до 0,8%.Если основная часть углерода находится в чугуне в виде цементита (Ре3С), то такой чугун очень тверд и трудно поддается обработке. Кремний в чугуне является графитообразующей примесью и способствует образованию структуры серого чугуна.

Сера является вредной примесью в чугуне, так как способствует образованию трещин при сварке, образуя легкоплавкие прослойки сернистого железа между кристаллами сплава. Сера также способствует образованию цементита в чугуне.

Марганец удаляет серу из чугуна. При содержании марганца до 0,8% он способствует выделению графита, при содержании более 1 % -- выделению цементита.

Фосфор повышает жидкотекучесть, твердость и хрупкость чугуна. Никель повышает прочность чугуна и способствует выделению графита. Примесь хрома способствует выделению углерода в виде цементита.

В машиностроении широко применяются также высокопрочные чугуны, обладающие наряду с хорошими литейными свойствами также достаточно высокой пластичностью и прочностью при ударных нагрузках. Их особые свойства обусловлены характером выделения в структуре зерен углерода, которые имеют завихренную шарообразную (глобулярную) (модифицированный чугун) или мелкозернистую хлопьевидную и глобулярную форму (ковкий чугун). Сварке, как правило, подвергается серый литейный чугун.

Обычный литейный чугун не обладает пластичностью и плохо выдерживает ударные нагрузки. Сварка чугуна связана с возникновением следующих затруднений:

1. Чугун может давать трещины под действием появляющихся напряжений, особенно в переходной зоне.

2. При расплавлении чугуна может произойти местное превращение графита в цементит, отчего металл в данном месте получает структуру твердого белого чугуна и трудно поддается последующей механической обработке. Это явление называется отбеливанием чугуна. Отбеливание чугуна обусловлено выгоранием кремния, который способствует выделению углерода в виде графита, а также быстрым охлаждением чугуна.

3. Пористостью шва, обусловленной окислением углерода с обильным образованием газообразной окиси углерода. Низкая температура плавления и быстрый переход чугуна из жидкого в твердое состояние не позволяют газам полностью выделиться из металла, отчего шов иногда получается пористым.

4. Образованием пленки тугоплавких окислов кремния, имеющих более высокую температуру плавления, чем основной металл.

5. Жидкотекучестью чугуна, делающей невозможной сварку его в наклонном и вертикальном положениях.

Сварку чугуна производят при ремонтных работах, а также при исправлении литейного брака. Чугунные детали в зависимости от их размеров и формы можно сваривать без подогрева или с подогревом -- частичным или полным.

Сварка чугуна без предварительного подогрева стальными электродами с применением шпилек

Сталь при наплавке на чугун плохо с ним сцепляется ввиду разной их усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закалке и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна стальными электродами для надежного сцепления наплавленного металла с основным на кромках в шахматном порядке на резьбе ставят стальные шпильки. При толщине стенки менее 10 мм шпильки ставят только на нескошенной части кромок. Шпильки сначала обвариваются кругом, после чего шов заполняется наплавленным металлом.

Диаметр шпилек зависит от толщины стенки : Л = (0,154-0,2)6, где (I-диаметр шпильки, а 6 -- толщина стенки, мм. Шпильки диаметром менее 3 мм не ставят. Расстояние между шпильками составляет (4 -- 6) 4, глубина посадки 2с1, расстояние от кромок не менее (1,5-2) .

Сварка чугуна без подогрева стальными электродами с дополнительным креплением стальными шпильками является вполне надежной и применяется при ремонте ответственных крупногабаритных деталей, испытывающих большие нагрузки.

Во избежание перегрева завариваемой детали и уменьшения выгорания кремния используют постоянный ток обратной полярности. Для уменьшения в деталях внутренних напряжений сварку ведут с перерывами, не давая изделию нагреться выше 100°. Для электродов диаметром 3 мм ток не должен превышать 120 а; диаметром 4 мм -- 150 а; 5 мм -- 220 а. При сварке чугуна следует применять толстопокрытые электроды, так как шлак замедляет остывание шва, уменьшает выгорание кремния и препятствует отбеливанию чугуна в месте сварки. Хорошие результаты дает покрытие УОНИ-13/55.

При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла и усиления шва рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали. Для увеличения площади соприкосновения наплавленного и основного металла верхние слои наплавляют также на наружные поверхности детали в обе стороны от шва на ширину, равную толщине стенки в данном месте.

Сварка стальными электродами со специальными покрытиями

В качестве электродов используется проволока Св-08'или Св-08А по ГОСТ 2246--60диаметром 4--5мм. Покрытие, предложенное П. С. Елистратовым, состоит из 40--50% графита и 50--60% ферросилиция, замешанных на жидком стекле. При расплавлении электроды с таким покрытием дают металл, имеющий структуру серого чугуна и содержащий 3,5--4% углерода и 3--5% кремния. Графит и ферросилиций должны быть размолоты возможно тоньше и проходить через сито с 1600 отв/см2. Вес покрытия должен составлять 20--30 % от веса проволоки. Для повышения легкоплавкости покрытия на него сверху наносится защитный слой толщиной 0,5-- 0,6 мм .

Защитный слой плавится одновременно с основным покрытием, растворяя его и способствуя переходу графита и кремния в сварочную ванну. Вместо ферросилиция в покрытие можно вводить 60--70% карборунда. Тогда количество графита в покрытии должно составлять 30--40%.

При диаметре проволоки 4 мм используется ток 200 а, при диаметре 5 мм--250 а. Свариваемые кромки скашиваются под углом 45° с притуплением в корне шва, равным 0,5--1 мм. Во избежание возможности протекания жидкого металла зазор между кромками не оставляется.

Я. Я. Синеок вместо одного стального электрода диаметром 4--5 мм предложил применять пучок электродов из 5--10 стальных проволок диаметром 1,7--1,8 мм. Ток берется из расчета 8--11 а на 1 мм2 общего сечения проволок в пучке. При этом достигается лучшее взаимодействие капель расплавленного металла и покрытия, обеспечивающее более постоянный и равномерный состав наплавленного металла, близкого по свойствам к серому литейному чугуну.

На Таганрогском котельном заводе применяют предложенные Б. Н. Котовым и М. И. Зуевым электроды из стальных трубок диаметром 12, 13 и 16 мм с толщиной стенки 1,5 мм, заполненные специально приготовленной гранулированной шихтой, а сверху имеющие покрытие. Вес покрытия составляет 23%, а вес шихты -- 35% к общему весу электрода. Наплавленный металл приобретает структуру модифицированного высококачественного чугуна.

Шихта имеет следующий состав: 55% чугунного порошка, 2% силикокальция, 5,8% ферросилиция, 4,8% алюминиевого порошка , 21% графита черного, 11,4% железной окалины, 10% жидкого стекла к весу сухой шихты. Состав наружного покрытия: 28% мрамора, 21% плавикового шпата, 25% графита черного, 10,8% известняка, 7,2% магнезии, 8% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой части покрытия. Толщина покрытия равняется 1--1,5 мм на сторону.

Охлаждение расплавленного металла электрода замедляют применением, например, покрытия ОМЧ-1 следующего состава: 25% мрамора, 25% мела, 41% графита, 25% плавикового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой смеси.

Это и подобные покрытия содержат кремний, способствующий выделению углерода в виде графита и получению в металле шва структуры серого чугуна. Дополнительно остывание можно замедлять введением в покрытие термита. Чугунные стержни имеют диаметр 6, 8 и 10 мм и следующий состав по ГОСТ 2671--44, марка Б: 3--3,6% углерода, 3,6--4,8% кремния, 0,5--0,8% марганца, до 0,08 серы , 0,3--0,5% фосфора. При сварке используется постоянный ток при обратной полярности.

При заварке мелкие раковины глубиной до 10мм и длиной до 50 мм полностью вырубают и зачищают. Заварку производят в один прием, начиная с середины раковины; процесс сварки ведут без перерыва. Длина дуги поддерживается равной 4--5 мм, электроды применяют диаметром 6--8 мм.

При холодной сварке чугуна чугунными электродами трудно получить замедленное охлаждение наплавляемого металла. Околошовная зона часто становится более твердой и хрупкой вследствие повышенных скоростей охлаждения, что приводит к образованию трещин. Для снижения скорости охлаждения наплавленного металла рекомендуется предварительный подогрев детали до 450--550°. Детали несложной формы достаточно подогревать до 150--200°.

Жидкое стекло входит в количестве 21,3 см5 на 100 г сухой смеси.

Сварка электродами из монель-металла

Этот способ дает хорошие результаты и применяется в тех случаях когда место сварки подлежит обработке резцом.

Электроды имеют диаметр 2, 3, 4, 5 и 6 мм и следующий состав: 32--35% меди, 65% никеля, 1% марганца, 2% железа, 0,75% кремния. Применяется покрытие состава: 66% графита, 32,5% мела, 1,5% поташа. Можно также использовать покрытия, состоящие из 40% графита и 60% мела.

Электроды из монель-металла имеют более низкую температуру плавления, чем чугун, поэтому при сварке деталь нагревается незначительно. Монель-металл дает большую усадку, поэтому сварку им ведут короткими валиками длиной до 50 мм с перерывами для охлаждения во избежание излишнего разогрева детали.

Наплавленный металл слегка проковывают в горячем состоянии, что способствует уплотнению шва. При сварке используют постоянный ток при обратной полярности: для электрода диаметром 3 мм ток берется от 90 до 120 а при толщине свариваемого металла от 4 до 20 мм.

При заварке трещины ее кромки оставляют шероховатыми, а концы засверливают. Трещины разделывают под углом 70--90° на глубину до 2/3 толщины стенки. Поверхность рядом с трещиной на ширине 10--15 мм зачищают до металлического блеска. Наличие ржавчины, масла и прочих загрязнений приводит к пористости наплавки.

Лучшие результаты получают при однослойной наплавке короткими участками с проковкой. Последующий участок должен свариваться после охлаждения предыдущего до 40--50°. Можно первые слои сваривать электродами из монель-металла, а последующие -- стальными.

В процессе сварки электродами из монель-металла выделяются пары цветных металлов, вредные для здоровья сварщика, поэтому необходима усиленная вентиляция.

Сварка комбинированными электродами

При ремонтных работах, связанных со сваркой чугуна, применяют также комбинированные медно-железные электроды из стального стержня, вставленного в медную трубку. В шве образуется расплав меди с включенными в него шарообразными частицами науглероженной стали. Медь обеспечивает надежное сцепление металла наплавки с основным металлом, а сталь придает шву необходимую прочность. Наилучшие результаты достигаются при наличии в шве 10--15% стали, остальное -- медь.

Способ изготовления комбинированных электродов, предложенный П. И. Шориным, следующий: на электродную проволоку Св-08диаметром 3 мм наносят покрытие слоем 0,25 мм. После просушки на воздухе проволоку вставляют в медную трубочку диаметром 4-- 6 мм и в таком виде используют при сварке. При заварке дефекта в толстостенных чугунных деталях с большим объемом наплавленного металла на наружную поверхность медной трубки наносят покрытие слоем толщиной 0,5 мм, а стальную проволоку берут диаметром 3,5 мм. В качестве покрытия используют смесь из 30% графита, 40% ферросилиция и 30% мела, разведенную на жидком стекле. После просушки на воздухе в течение 5--6 час при температуре 15-- 18° электроды прокаливают 30--40 мин при 100--120°. Кромки раковины разделывают под углом 45° и на ее поверхность наплавляют комбинированными электродами слой металла толщиной 5мм. После этого раковину заваривают обычными стальными электродами с покрытием ОММ-5, ЦМ-7; УОНИ-13/45 и др. Сварка ведется на постоянном токе любой полярности. При заварке не с л едут перегревать деталь.

Применяют также комбинированные медно-железные электроды из медного стержня диаметром 3,5 мм, обернутого жестью в виде ленты толщиной 0,3 мм или покрытого слоем железа толщиной 0,6-- 0,8 мм электролитическим способом. Соотношение меди и железа в этих электродах составляет: 60--62% меди, 38--40% железа. Берется покрытие УОНИ-13/55. Сварка производится постоянным током обратной полярности.

На использовании комбинированных медно-железных электродов основана сварка чугуна/по способу А. Г. Назарова. Сварка производится пучком электродов, состоящим из стального электрода с покрытием ОММ-5 или УОНИ-13/55, медного стержня и латунного стержня, связанных проволокой. Лучшие результаты получаются при использовании покрытия УОНИ-13/55. Если покрытие нанесено также и на медный пруток, то сварку можно вести на вертикальной плоскости.

Количество и диаметр медных прутков подбирают так, чтобы содержание меди в наплавке составляло от 60 до 70%. Латунь служит для введения в наплавку цинка, являющегося раскислителем. Сечение медной проволоки или полоски должно быть от 6 до 18мм2, а латунной--от 7 до 10 мм2. Сварка ведется на постоянном токе при обратной полярности или на переменном токе с осциллятором. При использовании электрода ОММ-5 диаметром 4 мм, медного прутка диаметром 4 мм и латунного прутка диаметром 3 мм ток равен от 150 до 175 а; при двух электродах-ОММ-5 диаметром 5 мм, двух медных диаметром 5 мм и одном латунном диаметром 3 мм--240--260 а.

При сварке медный электрод должен перемещаться впереди стального, покрывая слоем меди наплавляемую поверхность. Пучок электродов должен быть наклонен к детали под углом 35--45. Для лучшего перемешивания и защиты металла ванны концу электрода сообщают плавные спиралеобразные движения.

При сварке этим способом серого чугуна можно получить достаточно хорошее сплавление и формирование шва, плотную структуру, однако иногда происходит отбеливание переходной зоны, что затрудняет последующую обработку места сварки. Этот недостаток в большинстве случаев является общим для всех способов холодной сварки чугуна электродами со стальными стержнями.

Лучшие результаты получаются при введении железа в покрытие медного электрода. Такой способ разработан П. А. Глуховым и получил распространение на железнодорожном транспорте при ремонте с помощью сварки чугунных деталей. В этом случае берут медные электроды с покрытием УОНИ-13/55, в которые вводится 40-- 50% железного порошка к весу покрытия. Содержание меди в электроде должно составлять 80--85%. Сварка ведется участками не более 50 мм, с проковкой наплавленного металла после остывания до 60--70°.

Чугун, длительное время работавший при высоких температурах, сваривают с предварительным подогревом кромок до 500-- 550° горелкой. Сварка производится после полного остывания кромок. Без предварительного подогрева такой чугун плохо сваривается, в нем появляется отслаивание металла шва и пористость.

Опытно-сварочным заводом Мосгорсовнархоза выпускаются мед-но-железные электроды ОЗЧ-1 для холодной сварки чугуна. Институтом электросварки им. Е. О. Патона для холодной ремонтной сварки чугуна разработан электрод из аустенитно хромоникелевой стальной проволоки ОХ18Н9 или 1Х18Н9 с медной оболочкой и покрытием основного типа, например УОНИ-13/55. При диаметре стержня электрода 3,5 мм толщина покрытия равна 0,3--0,4 мм на сторону.

Медная оболочка на проволоку диаметром 2 мм наносится совместной протяжкой с медной лентой толщиной 0,8 мм, шириной 12 мм через фильер (оправку с отверстиями). Содержание меди в электроде равно 75--80%. Сварка производится постоянным током 100--120 а при обратной полярности. Наплавка таким электродом дает мягкий чугун с мелкораспределенными включениями железа и меди. Трещин и пор при сварке не образуется.

Сварка чугуна с предварительным подогревом

Предварительный подогрев применяют для предупреждения отбеливания чугуна, вызываемого ускоренным охлаждением его в месте сварки. Подогрев способствует понижению скорости охлаждения детали. Температура нагрева зависит от веса детали и ее формы. Иногда достаточно подогреть деталь до 150--200°; детали более сложной формы нагревают до 500--600°. По существу процесс сварки чугуна с подогревом является заливкой детали жидким металлом, расплавленным с помощью сварочной дуги. Перед сваркой дефектное место тщательно вырубают до непористого металла и зачищают. Вырубка должна иметь плавные очертания без острых углов, в которых жидкий металл может не сплавляться с основным металлом. Свариваемая поверхность должна располагаться горизонтально. Вокруг свариваемого места выкладывают форму из графитовых или угольных пластинок, плотно прилегающих к изделию, препятствующих стеканию расплавленного металла и придающих шву нужные очертания. Иногда применяют форму из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле, которая должна быть просушена при температуре 30--50°.

Для подогрева деталь помещают в печь или горн. Если деталь большая, то в полу цеха делают яму и выкладывают ее огнеупорным кирпичом, помещают туда деталь и засыпают древесным углем. Вместо ям можно использовать железные ящики с большим количеством отверстий в стенках для доступа воздуха. В ящик помещают нагреваемую деталь. Чтобы в детали не появились значительные деформации и трещины, подогрев следует вести медленно и равномерно. После нагревания детали до нужной температуры пространство, образованное формой, заполняют расплавленным металлом электрода, причем необходимо во время всего процесса сварки ванну поддерживать в жидком состоянии. Поэтому крупные дефекты заваривают, разбивая их на участки, которые отделяют графитовыми пластинками, плотно пригнанными к поверхности металла.

Соседние участки для обеспечения большей плотности заполняют песком. Чтобы не было перерывов во время смены электродов, сварку часто выполняют два сварщика.

При горячей сварке применяют покрытые чугунные электроды того же состава, что и при холодной сварке; диаметр электродов равняется от 6 до 20 мм. Ток подбирают из расчета 45--50 а на 1 мм диаметра электрода. Применяется как постоянный, но прямой полярности, так и переменный ток.

При сварке необходимо следить, чтобы температура ванны не была слишком высокой или слишком низкой. В первом случае наплавленный металл быстро плавит основной металл («съедает» его), а во втором плохо сплавляется с ним. В перегретую ванну рекомендуется подбрасывать куски электродов для охлаждения; при недостаточном нагреве увеличивать ток и усиливать предварительный подогрев.

Во избежание отбеливания и появления трещин после сварки деталь подвергают медленному охлаждению. Деталь засыпают древесным углем, закрывают асбестом и постепенно снижают температуру в печи или горне. Продолжительность остывания в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток.

При сварке чугуна с предварительным подогревом основной и присадочный металл можно расплавлять на постоянном токе 250-- 450 а с применением угольного электрода. Вследствие большой скорости плавления и обусловленного этим большого объема сварочной ванны этим способом заваривают крупные поверхностные дефекты чугунного литья и исправляют литейный брак. Для удаления окислов кремния при сварке чугуна угольной дугой в качестве флюса используют буру или другие флюсы, употребляемые при газовой сварке чугуна.

Правильное ведение процесса сварки обеспечивает получение в шве плотного однородного серого чугуна, хорошо поддающегося механической обработке. При неправильном проведении сварки можно получить в шве пористый или отбеленный чугун, неподдающийся обработке, хрупкий и склонный к образованию трещин.

Иногда сварка выполняется с нагревом только части детали, находящейся около шва. Такой процесс называется сваркой с частичным подогревом. Заварку дефектов в этом случае можно производить одним из вышеуказанных способов.

Сотрудником Ростовского института инженеров транспорта А. И. Зеленовым разработан способ наплавки чугуна чугунным электродом по слою гранулированной шихты следующего состава: 30/6 стружки чугунной, 28% ферросилиция 75%-ного, 30% алюминия, 12% силикокальцита. Шихта замешивается на жидком стекле, затем сушится, прокаливается при 300° и размалывается в крошку размером 1--3 мм. Толщина слоя шихты при сварке 4--6 мм, при наплавке 8--10 мм, ширина слоя 75--80 мм. Диаметр электрода равен 7--8 мм, ток применяется постоянный или переменный, лучшие результаты дает постоянный ток. Благодаря наличию в шихте графитизаторов и замедленному охлаждению наплавленного слоя металл наплавки получается мягким и хорошо обрабатывается резцом.

Дуговая сварка может применяться также при ремонте деталей из ковкого и высокопрочного чугуна. Ковкий чугун получают из белого чугуна путем длительной термообработки в печах при высокой температуре (томления). По механическим свойствам ковкий чугун близок к стали и способен выдерживать ударные нагрузки. Для сварки деталей из ковкого чугуна применяют электроды из белого чугуна или угольные, а деталь перед сваркой нагревают до 200-- 400°. Затем сваренную деталь подвергают томлению. Если чугун сваривают после томления, то применяют электроды с обмазкой УОНИ-13/55 или из монель-металла. После сварки детали, подлежащие механической обработке, отжигают при 650--750°.

Высокопрочный (модифицированный) чугун имеет ферритную и перлитно-ферритную основу структуры; ферритный чугун выдерживает напряжение на разрыв 40--50 кгс/мм2 при относительном удлинении 3--10%, а перлитно-ферритный--50--60 кгс/мм2 при относительном удлинении 1--3%. Дуговая сварка высокопрочного чугуна производится железо-никелевыми электродами, содержащими: 0,15% углерода, 0,1--0,3% марганца, 55--60% никеля, 0,15%кремния, не более 0,035% серы, не более 0,04% фосфора, остальное -- железо.

В качестве покрытия используется смесь из 35% доломита, 25% плавикового шпата, 10% графита, 30% ферросилиция. Шихта покрытия замешивается на жидком стекле, составляющем 30--32% к весу сухой части шихты. Сварка производится с предварительным нагревом изделия до 300--350° и возвратным движением электрода для прогрева металла шва. После сварки участка длиной 25--50 мм его проковывают в горячем состоянии. Предел прочности металла, наплавленного таким способом, 24--34кгс/см2, т. е. 50--75% прочности основного металла.

Выбор того или иного способа сварки чугуна зависит от характера и расположения поврежденного места, назначения детали и условий ее работы, производственных возможностей сварочного цеха, состава чугуна и пр.

Существующие способы сварки чугуна продолжают все время совершенствоваться: изыскиваются новые составы электродных стержней и покрытий для них, улучшается сама технология сварки.

Успешно прошли опыты электрошлаковой сварки серого чугуна толщиной 30 мм и выше с применением фтористых флюсов АНФ-6, АНФ-7, 48-ОФ-6 и чугунных или стальных электродов большого сечения. При использовании стальных электродов в ванну вводятся посредством токоподводящего плавящегося мундштука графити-заторы (углерод и кремний). Поэтому плавящийся мундштук должен быть изготовлен из чугуна, содержащего повышенное количество углерода и кремния (до 4,5--5,5% каждого).

Сварка чугуна

Рассмотрим технологию газовой сварки чугунных деталей. С помощью газовой горелки можно с успехом производить ремонтную сварку изделий из серого литейного, а также ковкого и высокопрочного чугуна. Более длительный и равномерный нагрев, обеспечиваемый пламенем при газовой сварке, способствует получению в металле шва структуры серого, неотбеленного чугуна, хорошо поддающегося последующей механической обработке. При сварке чугуна образуется достаточно большое количество окислов марганца и особенно кремния, затрудняющих сварку. Для удаления этих окислов в шлаки применяют флюс в виде молотой буры или смеси одного из следующих составов:

1) 56% буры, 22% углекислого натрия (соды) и 22% углекислого калия (поташа);

2) 50% буры, 47% двууглекислого натрия и 3% кремниевой кислоты;

3) 23% буры, 27% углекислого натрия и 50% азотнокислого натрия. Сварку ведут только в нижнем положении с предварительным общим или частичным подогревом свариваемой детали. Применяется восстановительное или слегка науглероживающее сварочное пламя, так как окислительное пламя вызывает местное выгорание кремния, вследствие чего на этих участках шва возможно образование структуры отбеленного чугуна.

Присадочным металлом при сварке служат прутки из чугуна диаметром 6, 8, 10 и 12 мм, длиной 400--700 мм. Состав чугуна присадочных стержней следующий: 3--3,6% углерода, 3,6--4,8% кремния, 0,5--0,8% марганца, не более 0,08% серы, 0,3--0,5% фосфора, остальное -- железо. Мощность пламени должна составлять 100--120 л/час на 1 мм толщины основного металла. Кромки металла скашиваются под углом 45° и должны быть очищены перед сваркой до металлического блеска, а затем прогреты пламенем сварочной горелки.

Во время сварки пруток периодически погружают во флюс и переносят его в сварочную ванну; кроме того, флюс подсыпают в ванну ложкой. В целях ускорения процесса и регулирования равномерности нагрева крупные детали рекомендуется сваривать одновременно двумя горелками. Концом прутка все время перемешивают сварочную ванну, облегчая этим выход наружу растворенным в металле газам, тем самым предупреждая появление пор в металле шва.

Полный подогрев свариваемой детали производится в горне, печи или временном очаге. Температура нагрева составляет от 300 до 600°, в зависимости от размеров и формы детали. После сварки нужно обеспечить медленное охлаждение детали, покрывая ее асбестом или засыпая песком для изоляции от окружающей среды. При нагреве в печи свариваемые детали охлаждаются вместе с печью.

Чугун серый, ковкий и высокопрочный можно сваривать латунной присадочной проволокой марки Л-62, имеющей температуру плавления 850--900°, что значительно ниже температуры плавления чугуна, которая равна примерно 1200°. При этом способе кромки чугунной детали не расплавляются, а нагреваются только до температуры плавления латуни и облуживаются последней. На подготовленную таким образом поверхность кромок затем наплавляется соединительный слой металла шва, состоящий из сплава, состав которого будет близок к составу присадочных латунных стержней. Так как латунь является пластичным металлом, то место сварного соединения будет обладать достаточной прочностью и необходимой пластичностью.

Лучше всего поверхность нагретого чугуна смачивается латунью при температуре нагрева чугуна до 700--850°. При более низкой температуре, порядка 600°, наплавленный металл быстро застывает и содержащиеся в нем газы не успевают выделиться, что вызывает появление пористых швов. При температуре нагрева свыше 900° происходит растворение железа в латуни и испарение из нее цинка, что также вызывает пористость наплавленного металла. Кроме того, при этой температуре графит чугуна выгорает, что ухудшает смачивание чугуна расплавленной латунью. Для предупреждения испарения цинка, входящего в состав латуни, пламя должно иметь избыток кислорода до 30--40%. Латунь наплавляется менее горячей частью пламени, которое направлено на присадочный пруток и находится от него на несколько большем расстоянии, чем обычно.

Для сварки чугуна латунью наиболее целесообразно применение газообразного флюса. Кроме того, применяются чугунные прутки с медным покрытием, улучшающим смачиваемость кромок свариваемого металла наплавленным металлом, а также прутки из чугуна специального состава, температура плавления которого лежит между 1050 и 1200° (эвтектического чугуна). При сварке чугуна специального состава употребляются особые флюсы в виде пасты. При отсутствии специальных чугунных прутков или латуни марки Л-62 трещины в чугунных деталях можно заваривать также проволокой из электролитической красной меди.

Низкотемпературная сварка и заварка литейных дефектов в чугунных деталях

Данный способ разработан ВНИИАвтогеном и состоит в заварке литейных дефектов с применением специального флюса-пасты и присадочных стержней из чугуна особого состава, без расплавления основного металла. Присадочные стержни имеют следующий состав (%):

Стержни отливаются в кокиль и имеют диаметр 5, 7, 9 и 12 мм. Флюс-паста имеет следующий состав: 8% двуокиси титана, 10% азотнокислого калия, 8% фтористого кальция, 45% буры технической, 3% ферротитана, 21% фтористого натрия, 5% фтористого лития. Место заварки зачищают до металлического блеска. При толщине стенки до 10 мм кромки подвергаются У-образной разделке с углом раскрытия 70--90°, при толщине стенки более 10 мм-- Х-образной. Литейные дефекты (поры, шлаковые включения) вырубают и кромки разделывают под общим углом раскрытия шва 45--60°.

Перед сваркой производится местный нагрев изделия горелкой до 300--400°; изделия с более сложной формой подвергают общему нагреву в печи до той же температуры.

На нагретую поверхность наносится слой флюса-пасты и место сварки нагревается горелкой до 750--790°. Пламя должно быть нормальным восстановительным. При такой температуре нагрева флюс-паста начинает плавиться, покрывая место сварки тонкой пленкой. Присадочный стержень покрывается снаружи флюсом-пастой и расплавляется постепенно, капля за каплей стекая на завариваемую поверхность и растекаясь по ней. Сварка ведется справа налево, пламя горелки перемещается впереди шва. После заварки изделие медленно охлаждается в песке или под слоем асбеста.

При данном способе заварки отсутствуют зоны твердого отбеленного чугуна, так как основной металл не доводится до состояния плавления, наплавка получается плотной, мягкой и хорошо обрабатывается резцом. Ремонтируемое изделие испытывает незначительные внутренние напряжения, и трещины при заварке не образуются.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА СВАРЩИКА

Приспособления для сварки изделий

Сварочные посты

Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными.

К стационарным постам относятся, посты, расположенные в цехе, преимущественно в отдельных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров.

К передвижным постам относятся посты, которые приспособлены для монтажа крупногабаритных изделий (трубопровод, металлоконструкции, сосуды) и приспособления для ремонтных работ. При этом часто используют переносные источники питания.

Для подвода тока от источника питания к электродержателю и изделию используют сварочные провода, сечение которых выбирают по установленным нормативами для электротехнических установок /5-7 а/мм².

На сварочном посту дуговой сварки должен быть источник питания сварочной дуги /трансформатор, выпрямитель/, реостат для регулировки сварочного тока в Амперах, стол /верстак/, на посту не должно быть никаких сгораемых или легковоспламеняющихся материалов.

Для газосварочного поста нужно горючие газы в баллонах: ацетилен, кислород, бутан, бензин, керосин, телега или носилки для переноса или перевозки баллонов в нужное место.

Оборудование поста для газовой сварки:

1 - горелка,

2 - шланг для подвода ацетилена

3 - шланг для подвода кислорода,

4 - ацетиленовый баллон,

5 - ацетиленовый редуктор,

6 - кислородный редуктор,

7 - кислородный вентиль,

8 - кислородный баллон.



Сварочная горелка

Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка.

Сварочной горелкой называется устройство, служащее для смешивания горючего газа и паров горючей жидкости и с кислородом и получения сварочного пламени. Каждая горелка позволяет регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени.

Сварочные горелки, согласно ГОСТ 1077-79 классифицируется: по способу подачи горючего газа и, кислорода в смесительную камеру

Инжекторы и безинжекторные по роду применяемого газа; по назначению - универсальные и специализированные; по числу пламени многопламенные и однопламенные; по мощности - малой мощности /расход ацетилена 25-400 дм³/₄/, средней мощности /расход ацетилена 400-2800 дм³/₄/, большой мощности /2800-7000 дм³/₄/: по способу применения - ручные и машинные.

Наибольшее применение имеют инжекторные горелки, работающие на смеси ацетилена с кислородам. В инжекторных горелках горючий газ подсасывается в смесительную камеру струёй кислорода, подаваемого в горелку с большим давлением, чем горючий газ.

Этот процесс подсасывания называется инжекцией. Схема инжекторной горелки показана на рисунке.

В безинжекторных горелках горючий газ и кислород подают примерно под одинаковым давлением до 100 кПа. В них отсутствует инжектор, который заменён простым смесительным соплом, ввёртываемым в трубку наконечника горелки.

Схема ацетиленовых горелок

А - инжекторные. Б - безинжекторные

1 - ствол горелки 5 - смесительная камера

2 - гайка 6 - инжектор

3 - наконечник 7 - регулировочный вентиль

4 - мундштук 8 - присоединительный штуцер

Схема электродержателя

Рис - 8 .

Допустимые и недопустимые дефекты

При сварке плавлением дефекты обычно исправляются подваркой дефектного места. Перед подваркой дефектное место должно быть разделано так, чтобы можно было удобно производить сварку. Одно и то же место исправлять сваркой более двух раз обычно не разрешается во избежание получения перегрева или пережога металла.

При точечной сварке исправление дефектов производится постановкой новой точки. В некоторых случаях, например, в случае прожога в дефектном месте ставят заклепки.

Характер и количество дефектов, допускаемых без исправления, должны указываться в технических условиях на сварку или узел.

Контроль

В зависимости от характера воздействия на материал образца или изделия все разнообразные методы контроля качества сварных соединений могут быть разделены на две основные группы: методы контроля без разрушения образцов или изделий - неразрушающий контроль и методы контроля с разрушением образцов или производственных стыков - разрушающий контроль. Группа методов контроля, объединенная общими физическими характеристиками, составляет вид контроля. Все виды неразрушающего контроля классифицируются по следующим пяти основным признакам:

-по характеру физических полей или излучений, взаимодействующих с контролируемым объектом;

-по характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом;

-по первичным информативным параметрам,рассматриваемых методов контроля; по способам индикации первичной информации;

-по способам представления окончательной информации.

Все методы неразрушающего контроля подразделяются согласно стандарту на следующие десять типов: акустический, капиллярный, магнитный, оптический, радиационный, радиоволновый, тепловой, течеисканием, электрический, электромагнитный (вихревых токов).

Наиболее широкое применение на практике нашли методы пяти из них - акустического, капиллярного, магнитного, радиационного и течеисканием.

К неразрушающим видам контроля следует отнести и контроль внешним осмотром и обмером, который имеет существенное значение для получения качественных сварных конструкций.

Требования к рабочему месту сварщика

Для работы сварщику необходимы инструменты: зубило, молоток, металлическая щетка, шаблоны, приспособления для соединения кусков кабеля, пассатижи и т.д.

Рабочее место сварщика должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией, достаточно освещенным, не захламленным.

Корпуса источников питания и свариваемые изделия должны быть надежно заземлены. Заземление передвижных источников питания производится до их включения в силовую сеть, а снятие заземления - после отключения от силовой сети.

Сварочное оборудование должно находится под навесом, в палатке или будке.

Все сварочные провода должны иметь исправную изоляцию.

При сварке внутри резервуаров, труб и т.д.необходимо пользоваться резиновым ковриком и обязательно устанавливать вытяжную вентиляцию. А освещение должно быть 12 В.

При сварке сложной конструкций, а также при сварке емкостей из-под горючих и легковоспламеняющихся жидкостей к сварщику назначается дежурный наблюдатель, который обязан обеспечивать безопасность работ и при необходимости оказывать первую помощь.

В стационарных цехах для защиты от излучений устанавливают сварочные кабины или переносные ширмы.

Емкости из-под нефтепродуктов перед сваркой необходимо очистить, промыть горячей водой, пропарить.

Техника безопасности

Сварка относится к работам с повышенной опасностью, что влечет за собой ряд требований, выполнение которых обязательно. Основными опасными факторами при сварочных работах являются:

-опасность поражения электрическим током при выполнении сварочных работ дуговой сваркой;

-ожоги кожного покрова и органов зрения излучающие энергией электрической дуги и брызгами расплавленного металла;

-отрицательное воздействие на организм человека газов, паров ч пыли, выделяющихся в процессе сварочных работ;

-механический травматизм в процессе сборочных работ и подготовке деталей к сварке;

-взрывоопасность баллонов с горючим газом и ацетиленовых генераторов;

-пожарная опасность при всех огневых работах;

-радиационное поражение при радиационном методе контроля сварных соединений.

-при монтажных работах появляется опасность, связанная с работой на высоте.

Поэтому к сварочным работам допускаются только лица, достигшие 48-летнего возраста и прошедшие специальную подготовку и медицинское обследование.

Электрическая безопасность сварщика

Под электрической безопасностью сварщика подразумевают комплекс мер, предупреждающих поражение электрическим током. Особенности организма человека таковы, что электрический ток силой от 0,05 А и более при частоте 50 Гц оказывается опасным и может вызвать смертельный исход.

Степень опасности электрического тока зависит от многих факторов, и в каждом конкретном случае может колебаться в значительных пределах. Но в любом случае считают, что для человека сила тока, проходящая через организм, не должна превышать 0,1 А. Поражение электрическим током происходит при прикосновении к токоведущим частям оборудования или проводки, находящимся под напряжением. В этом случае через тело человека проходит ток, сила которого зависит от величины напряжения и электрического сопротивления организма, которое меняется в зависимости от того, в каком состоянии человек находится (утомленность, расслабленность и др.). Принято считать, что величина электрического сопротивления тела человека равняется 1000 Ом, но в каждом конкретном случае эта величина может меняться.

Величина напряжения, под которым может оказаться человек, зависит от величины напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги.

Напряжение источников питания нормальной сварочной дуги обычно достигает 90 В, а сжатой дуги -200 В.

Исходя из этих величин нетрудно подсчитать силу тока, которая может пройти через тело сварщика, если он окажется под напряжением.

Из приведенного расчета видно, что в нормальных условиях электрическая безопасность сварщика обеспечивается, но при изменении условий (повышенная влажность, ослабленный организм и т.д.) эти условия могут резко измениться и сила тока станет опасной. Поэтому следует предусмотреть дополнительные меры, способствующие снижению силы тока, проходящей через тело сварщика.

Самым первым и наиболее эффективным средством защиты от поражения электрическим током является заземление оборудования и свариваемых деталей и обеспечение надежной изоляции.

В целях электрической безопасности напряжение холостого хода сварочного оборудования ограничивают до следующих величин:

-генераторы постоянного тока -- до 80 А;

-трансформаторы - до 90 А.

Каждый сварочный аппарат обеспечивают отдельным заземляющим проводом, подсоединяемым непосредственно к заземляющей магистрали. Заземление источников питания выполняется до включения их в силовую сеть, а снятие их должно осуществляться только после отключения от силовой сети. Кроме этого применяют защитные ограждения, автоблокировки, индивидуальные средства защиты. Запрещается использование технологического оборудования, конструкций электроустановок и контура заземления в качестве обратного сварочного провода.

Электросварочное оборудование должно регулярно (не реже одного раза в месяц) подвергаться проверке на:

-отсутствие замыкания на корпус;

-целостность заземляющего провода;

-отсутствие оголенных токоведущих частей;

-отсутствие замыкания между обмотками высокого и низкого напряжения;

-исправность блокировок.

Подсоединение сварочных трансформаторов к электрической сети должно осуществляться:

-однофазных трансформаторов- при помощи трехжильного гибкого шлангового кабеля, третья жила которого должна быть подсоединена к заземляющему болту корпуса сварочного аппарата и к заземлительной шине источника питания вне коммутационного аппарата;

-трехфазных трансформаторов -- при помощи четырехжильного кабеля, четвертая жила которого используется для заземления.

Провода, которые подключаются к сварочному аппарату, должны быть надежно заизолированы и защищены от воздействия высокой температуры и механических повреждений.

Все электросварочные установки должны быть надежно заземлены.

Осматривать и чистить сварочную установку и ее пусковую аппаратуру следует ежемесячно. Сопротивление изоляции обмоток сварочных трансформаторов и преобразователей тока должно проверяться после окончания всех видов ремонтов, но не реже одного раза в год. Сопротивление изоляции обмоток трансформатора относительно корпуса и между обмотками должно быть не менее 0,5 МОм.

При вводе в эксплуатацию и после капитального ремонта изоляция сварочных трансформаторов должна в течение 1 минуты испытываться повышенным напряжением частотой 50 Гц, которое должно отвечать значениям, приведенным в таблице 64.

При наружных сварочных работах оборудование должно быть надежно защищено от дождя и снега. Наружные сварочные работы во время непогоды запрещены.

Сварку в зимних условиях и во время дождя выполняют под специальным навесом или другим укрытием, следя за тем, чтобы рабочее место сварщика было сухим.

Во время выполнения сварочных работ сварщик должен соблюдать следующие требования:

-проверка (внешним осмотром) исправности изоляции сварочных проводов и электрододержателей, а также надежность соединения всех контактов -- перед началом сварочных работ;

-предупреждать окружающих об ожидаемом зажигании дуги -- при выполнении работ с подручным или в составе бригады;

-отсоединять от электрической сети передвижные сварочные аппараты -- во время их перемещения;

-выключать сварочный аппарат - во время перерыва в работе и во время отсутствия сварщика на рабочем месте;

-устранять замеченные неполадки в сварочной установке - после снятия напряжения;

- пользоваться вместе с подручным средствами индивидуальной защиты: защитная каска, защитный щиток и очки (во время зачистки сварных швов), рукавицы из искростойких материалов и с низкой электропроводностью.

При работе в закрытых резервуарах должны соблюдаться дополнительные меры защиты. Для этого применяют защитные коврики, галоши и резиновые шлемы, а освещение выполняют переносными светильниками с напряжением не более 12 В.

Кроме того, в этих условиях должен быть наблюдающий, обеспечивающий безопасность работ и при необходимости готовый оказать первую помощь пострадавшему.

Защита от ожогов

Ожоги, вызванные сварочной дугой, представляют опасность, особенно для глаз. Яркость световых лучей сварочной дуги значительно превышает норму, допустимую для человеческого глаза. Ультрафиолетовые лучи, являющиеся одной из составляющей светового потока дуги, даже при кратковременном действии в течение нескольких секунд вызывают заболевание глаз, называемое электроофальмией. Заболевание сопровождается острой болью, резью в глазах, слезотечением, спазмами век.

При значительном поражении глаз световым потоком сварочной дуги можно даже ослепнуть. Продолжительное воздействие светового потока дуги на кожу вызывает ее ожоги. Кроме этого искры, рассеивающиеся во время сварочных работ способны вызвать ожоги. Поэтому все участники сварочного процесса должны пользоваться защитными приспособлениями.

При электросварочных работах основным таким приспособлением является защитная маска, смотровое отверстие которой оснащено светофильтром, задерживающим инфракрасные и ультрафиолетовые лучи и снижающим яркость светового потока дуги.

Газосварщики пользуются защитными очками, снижающими яркость света. Выбор светового фильтра производят в зависимости от мощности дуги и способа сваривания:

Для защиты от ожогов кожного покрова применяют брезентовую спецодежду и рукавицы. Запрещается выполнять сварочные работы с закатанными рукавами и расстегнутым воротом. Спецодежда и обувь сварщика должны обеспечивать оптимальный теплообмен организма при работе с физическими нагрузками, эффективно защищать от брызг расплавленного металла и опасных метеофакторов, иметь оптимальные весовые характеристики, не стеснять свободу движений, отвечать эстетическим требованиям.

Для защиты ног следует применять кожаную (летом) или войлочную (зимой) обувь, защищающую от теплового излучения, холода, искр, брызг расплавленного металла.

Руки защищают рукавицами от теплового излучения, контакта с нагретыми выше 45°С поверхностями, от низких температур и сварочных брызг.

Для защиты окружающих от светового потока и искр расплавленного металла используют перегородки, переносные ширмы и т.д.

...