Технология ручной электро-дуговой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Сварка является одним из технологических процессов, как в области машиностроения, так и в строительной индустрии.

Несмотря на большие масштабы использования в промышленности различных видов механизированной сварки, объем применения ручной дуговой сварки сегодня не только не снижается, но и возрастает, что связано с созданием новых материалов и нового оборудования для ручной дуговой сварки.

Электрическая дуга впервые была открыта в 1802 г. профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В. Петровым.

А в 1882 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос применил электрическую дугу для соединения металлов. В 1885 году он получил патент под названием «способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», используя для этого дугу, горящую между угольным электродом и металлом и питающую электрической энергией от аккумулятора.

Русский инженер-металлург и изобретатель Н.Г. Славянов в 1888 году разработал способ сварки металлическим электродом, в 1891 году он получил два патента под названием «способ и аппараты для электрической отливки металлов» и «способ электрического уплотнения металлических отливок». Бенардос предложил различные способы сварки наклонными металлическими электродами и устройства, в которых подача электрода в зону дуги выполнялась за счет давления пружины.

Однако низкий уровень развития техники в России с тех лет не позволяют использовать и широко развивать идеи Петрова, Бенардоса, Славянова.

Выдающуюся роль в теоретической разработке сварных процессов сыграли видные ученые К.В. Любавский, К.К. Хренов, Г.А. Николаев, Н.О. Окерблам, Н.Н. Рыкалин, Е.О. Патон, В.П. Никитин и др.

Головной организацией по сварке является: ИЭС им. Е.О. Патона, который координирует деятельность всех институтов в области сварочного производства.

1. Сущность и классификация процесса сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения двух или более деталей из твердых металлов (материалов) путем их местного сплавления или совместного деформирования с нагревом и без нагрева с получением на границе их раздела прочных межатомных связей, за счет сплавления основного и присадочного материала.

Все виды сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка давлением.

При сварке плавлением, кромки свариваемых деталей и присадочный материал расплавляются теплотой сварочной дуги или газовым пламенем, образуя сварочную ванну. При кристаллизации металла сварочной ванны рост кристаллов начинается с сплавленных кристаллов основного металла.

При сварке давлением совместная направленная пластическая деформация свариваемых металлов способствует соприкосновению и перемешиванию их атомов и образованию межатомной связи.

Классификация видов сварки металлов по физическим признакам. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический, механический.

Вид сварки - объединяет сварочные процессы по виду источника энергии непосредственно используемого для образования сварного соединения.

К термическому классу относятся виды сварки осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, дугово-прессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая, печная и др.

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно холодная взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная.

Классификация видов сварки металлов по техническим признакам:

К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень механизации сварки.

По способу защиты металла различают сварку в воздухе, в вакууме, в защитных газах, под флюсом, в пене и с комбинированной защитой.

По непрерывности процесса: прерывистые и непрерывные.

По степени механизации: ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.

2. Характеристики основных видов сварки

1. Автоматическая сварка под флюсом - сущность заключается в том, что сварочная дуга горит между электродной проволокой и свариваемым изделием под слоем сыпучего флюса. Теплотой дуги расплавляется основной металл (кромки свариваемого изделия), сварочная проволока и флюс.

2. Электрошлаковая сварка - заключается в следующем: в начальный период под флюсом возникает сварочная дуга, за счет теплоты дуги флюс расплавляется и образуется электропроводный шлак, который должен обладать значительным Омическим сопротивлением. Сварочная дуга после расплавления флюса с образованием электропроводного шлака угасает, а ток проходя по электропроводному расплавленному шлаку выделяет такое количество теплоты, которое достаточно для плавления последующей порции флюса, основного металла и проволоки.

3. Электроннолучевая сварка - этот вид сварки выполняется в камерах с разряжением (вакууме). Теплота образуется за счет бомбардировки поверхности металла электронами имеющие большие скорости.

4. Газовая сварка - основана на плавлении свариваемого и присадочного металлов высокотемпературным газокислородным пламенем.

5. Световая сварка - по виду источника света подразделяется на солнечную, лазерную и искусственными источниками света.

6. Термитная сварка - состоит в том, что свариваемые детали помещают в огнеупорную форму, а в установленный сверху тигель засыпают термит - порошкообразную смесь алюминия с железной окалиной. При горении термита развивается высокая температура (более 200°Ж) образуется жидкий металл, который при заполнении формы оплавляет кромки свариваемых изделий и заполняет зазор образуя сварной шов.

7. Контактная сварка. При этом виде сварки место соединения разогревается и расплавляются теплотой выделяемой при прохождении электрического тока через контактируемые метало свариваемых деталей; при приложении в этом месте сжимающего усилия образуется сварное соединение. По форме соединения бывает точечная, шовная, стыковая, рельефная сварка.

8. Диффузионная сварка осуществляется за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации.

9. Газопрессовая сварка основана на нагревании концов стержней или труб по всей длине окружности многопламенными горелками до пластического состояния или плавления и последующего сдавливания стержней внешним усилием.

10. Ультразвуковая сварка основана на совместном воздействие на свариваемые детали механических колебаний ультразвуковой частоты и небольших сжимающих усилий.

11. Сварка трением. При вращении одного из стержней и соприкосновении его с другим, концы стержней разогреваются и с приложением осевого усилия свариваются.

12. Холодная сварка основана на способности срастания кристаллов металла при значительном давлении.

13. Индукционно-прессовая сварка. Этот вид сварки основан на разогреве токами высокой частоты концов стыкуемых стержней или труб до пластического состояния с последующим приложением осевых усилий для получения неразъемного соединения.

3. Виды сварных соединений и швов

Неразъемное соединение, выполненное сваркой, называется сварным соединением. В зависимости от взаимного расположения в пространстве соединяемых деталей различают соединения: стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные.

Стыковые сварные соединения - свариваемые элементы располагаются в одной плоскости или на одной поверхности. Устанавливается 32 вида стыковых соединений. Обозначаются С1, С2, С3, С4 и т.д.

Нахлесточные сварные соединения. Свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Величина перекрытия должна быть в пределах 3-420 мм. Обозначаются Н1, Н2.

Тавровые сварные соединения. Отличительной особенностью этих соединений является то, что одна из соединяемых деталей торцом устанавливается на поверхности другой и приваривается, образуя в сечении как бы букву Т (отсюда и название - тавровое). Обозначаются Т3, Т6 и т.д.

Угловые сварные соединения - сварное соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Обозначаются по ГОСТ5264-80 У1, У2, У3 и т.д.

Классификация сварных швов.

По виду сварного соединения - стыковые и угловые.

По положению сварного соединения в котором выполняются сварные швы бывают: «в лодочку» нижние, полугоризонтальные, горизонтальные, полувертикальные, вертикальные, полупотолочные и потолочные.

По конфигурации сварного соединения швы бывают прямолинейные кольцевые и криволинейные.

По протяженности сварного соединения - сплошные и прерывистые.

По применяемому виду сварки разделяются на швы ручной дуговой сварки, автоматической и механизированной под флюсом, швы дуговой сварки в защитных газах, швы электрошлаковой сварки, электрозаклепочные, контактной, газовой, паянных соединений.

По способу удержания сварочной ванны: на швы, выполненные без прокладок и подушек, на съемных и остающихся стальных прокладках, на медных, флюса медных, керамических и асбестовых подкладках.

По количеству наложения швов бывают односторонние, двусторонние, многослойные и многопроходные.

По применяемому для сварки материалу швы сварных соединений подразделяются на швы из углеродистых и легированных сталей, швы цветных металлов, биметалла, винипласта и полиэтилена.

По расположению свариваемых деталей относительно друг друга швы могут быть под острым, тупым, прямым углом, а также располагаться в одной плоскости.

По действующему на шов усилию швы бывают фланговые, лобовые, комбинированные и косые.

По объему наплавленного металла нормальные, ослабленные и усиленные швы.

По форме свариваемой конструкции на изделии продольные и поперечные.

4. Оборудование для ручной дуговой сварки

Классификация источников питания сварочной дуги.

Источники питания сварочной дуги классифицируются по следующим основным признакам:

1. По роду сварочного тока - бывают переменного и постоянного тока.

К источникам переменного тока относятся сварочные трансформаторы и генераторы повышенной частоты.

Источниками постоянного тока являются сварочные преобразователи и сварочные выпрямители.

2. По виду внешних вольтамперных характеристик (ВАХ) источники питания сварочной дуги бывают с пологопадающей ВАХ (для автоматной сварки).

С жестокой и возрастающей ВАХ применяемых при сварки в защитных газах и электрошлаковой сварке, с крутопадающей ВАХ - для ручной дуговой сварки.

3. По количеству используемых сварочных дуг бывают однопостовые или многопостовые.

4. По способу установки источники бывают стационарными, или передвижными - переносными.

Сварочные трансформаторы.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и регулятора реактивной катушки. Понижающий трансформатор, основой которого является могнитопровод, изготовлен из большого количества тонких пластин, трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе имеется первичная и вторичная (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода. Дроссель состоит из магнитопровода набранного из листовой трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе имеется подвижная часть, которую можно перемещать с помощью винта.

Устройство и обслуживание сварочных преобразователей.

Для питания электрической дуги постоянным током выпускаются передвижные стационарные сварочные преобразователи.

Однопостовой сварочный преобразователь ПСО-500 состоит из двух машин: из приводного электродвигателя и сварочного генератора ГСО-500 постоянного тока расположенных в общем корпусе. Якорь генератора и ротор двигателя расположены на общем валу.

Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. При вращении якоря его обмотка пересекает магнитные силовые линии магнитов, в результате чего в обмотках якоря наводится переменный электрический ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный ток. Величина тока возбуждается, и режим работы сварочного генератора плавно регулируется реостатом в цепи независимого возбуждения.

Сварочные выпрямители.

Сварочные выпрямители - это устройства, преобразующие переменный ток в постоянный с помощью полупроводниковых диодов - вентилей. Сварочный выпрямитель состоит из трансформатора с устройством для регулирования сварочного тока и выпрямительного блока.

Сварочные выпрямители имеют следующие преимущества: отсутствие вращающихся частей и большую долговечность, высокий КПД и меньшие потери холостого хода, меньшую массу и большую маневренность, бесшумность в работе.

Инструмент, принадлежности и спецодежда электросварщика.

К инструментам и принадлежностям электросварщика относятся электрододержатель, щеток или маска, специальный молоток с зубилом, стальная щетка, металлические клейма для маркировки сварных швов и ящик или сумка для хранения и переноски электродов и инструмента. Сварочные провода марки КРПТ нужны для подвода тока от силовой сети к сварочным аппаратам. От сварочных аппаратов к рабочим местам сварочный ток поступает по гибкому проводу марки ПРГ, АРП или ПРГД с резиновой изоляцией длиной не менее 3м сечением от 16 до 70мм2 Длина кабеля не более 30ч40м.

Электроды ручной дуговой сварки.

При ручной дуговой сварке плавлением применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды, а также другие вспомогательные материалы.

Плавящиеся электроды изготовляют из сварочной проволоки, согласно ГОСТ2246-70 разделяются на углеродистую, легированною и высоколегированною. Всего в ГОСТ включено 77 марок проволоки. Первые две цифры указывают на содержание в проволоки углерода в сотых долях процента. Затем буквой и цифрой поочередно указываются наименование и содержание в процентах легирующих элементов. При содержании легирующих элементов в проволоке менее 1% ставится только буква этого элемента.

Табл. 1. Обозначение легирующих элементов

Mn	Г	марганец	W	В	вольфрам	V	Ф	ванадий
Si	С	кремний	Se	Е	селен	Co	К	кобальт
Cr	Х	хром	Al	Ю	алюминий	Cu	Д	медь
Ni	Н	никель	Ti	Т	титан	B	Р	бор
Mo	М	молибден	Nb	Б	ниобий	N	А	азот

1,2св08Г2С-О по ГОСТ2246-81 - Ш1,2мм; 0,08% - С, Mn - 2%, Si - 1% и "О" - омедненная (т.е. поверхность проволоки покрыта тонким слоем меди, которая используется для п/а и автоматической сварки).

Классификация электродов.

Электроды, применяемые, для сварки и наплавки классифицируются по значению (для сварки стали, чугуна, цветных металлов и для наплавочных работ). Технологическим особенностям (для сварки в различных пространственных положениях, сварки с глубоким проплавлением) виду и толщине покрытия химическому составу стержня и покрытия, характеру шлака, механическим свойствам металла шва и способу нанесения покрытия (опресовка, окунание).

Основными требованиями для всех видов электродов являются: обеспечения стабильного горения дуги и хорошего формирования шва; получения металла шва заданного химического состава, спокойное и равномерное расплавления электродного металла и высокая производительность сварки, легкая отделимость шлака и достаточная прочность покрытий, сохранение физико-химических и технологических свойств электродов.

Электроды изготавливаются по ГОСТ 9966-75 и подразделяются:

- для сварки углеродистых и низколегированных сталей - У

- для сварки легированных сталей - Л

- для сварки легированных теплоустойчивых сталей - Т

- для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - В

- для наплавки поверхностных слоев - Н

По толщине покрытия электроды подразделяются на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым покрытием предусматривает также три группы электродов - 1, 2, 3, 4.

Свойства электродов.

Электродные покрытия состоят из шлакообразующих, газообразующих, раскисляющих, легирующих, стабилизирующих и связующих (клеящих) компонентов.

Шлакообразующие составляющие защищают расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха и частично очищают его, образуя шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла. Эти составляющие включают в себя титановый концентрат, марганцовую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор, кварцевый песок, доломит.

Газообразующие составляющие при сгорании создают газовую защиту, которая предохраняет расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие составляющие состоят из древесной муки хлопчатобумажной ткани, крахмала, пищевой муки, декстрина, целлюлозы.

Раскисляющие составляющие необходимы для раскисления расплавленного металла сварочной ванны. К ним относятся элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например марганец, кремний, титан, алюминий и др.

Легирующие элементы необходимы в составе покрытия для придания металлу шва специальных свойств: жаростойкости, износостойкости, сопротивлености коррозии и повышения механических свойств. Легирующими элементами служат марганец, хром, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и другие элементы.

Стабилизирующими составляющими являются те элементами, которые имеют небольшой потенциал ионизации, например калий, натрий и кальций.

Связующие (клеящие) составляющие применяют для связывания составляющих покрытий между собой и со стержнем электрода. В качестве них применяют калиевые или натриевое жидкое стекло, декстрин, желатин и др.

Все покрытия должны удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать стабильное горение дуги;

- физические свойства шлаков, должны обеспечивать нормальное формирования шва;

- не должны происходить реакции между шлаками, газами и металлом, способные образовывать пары в швах;

- материалы покрытия должны, хорошо измельчатся и не вступать в реакцию с жидким стеклом или между собой;

- состав покрытий должен обеспечивать применимые санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электродов и в процессе их сгорания.

К физическим свойствам шлака относят температуру плавления, температурный интервал затвердевания, теплоемкость, вязкость, способность растворять окислы, сульфиды и т.д.

К химическим свойствам - относят способность шлака раскислять расплавленный металл сварочной ванны, связывать окислы в легкоплавкие соединения, а также легировать расплавленный металл шва.

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей:

УОНИИ13/45, УОНИИ13/55, АНО-3, АНО-4, МР-3, ДСК-50, и т.д.

Электроды для сварки низко- и среднелегированных, закаливающихся сталей:

Э50А, УОНИИ13/55, ЦЛ-17,(10?5м), 03Л-9 (св13Х25Н18).

Электроды для сварки высокохромистых мартенситных и мартенситно-ферритных сталей:

Для стали 12Х13 и 20Х13 (электроды УОНИИ-13/1Х13 )со стержнем св10Х13.

Для сварки коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов:

03Л-14 стали 0Х18, Н10Т, 0Х18Н10 и Х18Н10Т, а также Л40М типа ЭА1Б.

5. Техника и технология ручной дуговой сварки металлическими электродами

Ручная дуговая сварка металлическими электродами выполняется в следующем порядке:

Металлический электрод вставляют в электрододержатель, к которому подключен кабель, включают источники питания сварочной дуги. Зажигают сварочную дугу касанием электрода об изделие.

Теплотой сварочной дуги расплавляются покрытие и металлический стержень электрода и основной металл - образуется сварочная ванна. Расплавляющийся стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, в сварочной ванне расплавленный электродный металл соединяется с расплавленным металлом свариваемого изделия, а расплавленный шлак всплывает на поверхность сварочной ванны, защищая ее от внешней среды.

Классификация сталей по свариваемости

При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом приближении проводят оценку свариваемости. Влияние основных легирующих примесей на свариваемость сталей приведены ниже.

Углерод (С) - одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание "С" приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту - ЗТВ) и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) - вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит к образованию горячих трещин - красноломкость, а "P" вызывает хладноломкость. Поэтому содержание "S" и "P" в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4ч0,5%.

Кремний (Si) присутствует в сталях как примесь в к-ве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании "Si" свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании "Si" - до 0,8ч1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов "Si", ухудшающих свариваемость.

Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% - процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием "Mn" в к-ве 1,8ч2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7ч3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Ni) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных - до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является превалирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2ч0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден (Мо) в сталях ограничивается 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобии (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8ч1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость стали, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:

СЭКВ = С + Мn/6 + Сr/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Си/15 (метод МИС);

СЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Сr/5 + Мо/4 (японский метод);

[С]Х = С + Мn/9 + Сr/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

где цифры указывают содержание в стали в массовых долях процента соотвтствующих элементов.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связанных с разработкой технологии сварки. Достаточно часто расчеты химического углеродного эквивалента для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей перлитного класса выполняются по формуле Сефериана.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся.

К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]Х?0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработкой. Для конструкций, работающих в условиях статических нагрузок, термообработку после сварки не производят. Для ответственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется

Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х=0,39ч0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей термообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали 30Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск).

В случае, когда невозможен последующий отпуск, заваренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35% углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]Х=0,46ч0,59) перлитного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Свариваемость этой группы сталей обеспечивается при использовании специальных технологических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 14мм, температура окружающей среды не ниже +5°С и свариваемые соединения имеют вспомогательный характер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка данной группы сталей назначается по режиму, выбираемому для конкретной стали.

К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х?0,60) перлитного класса, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому их сварку выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200°С. Термообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

Эксплуатационная надежность и долговечность сварных конструкций из низколегированных теплоустойчивых сталей зависит от предельно допустимой температуры эксплуатации и длительной прочности сварных соединений при этой температуре. Эти показатели определяются системой легирования теплоустойчивых сталей. По системе легирования стали можно разделить на хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые и хромомолибденовольфрамовые (табл. 1.2). В этих сталях значение углеродного эквивалента изменяется в широких пределах и оценка свариваемости сталей по его значению нецелесообразна. Расчет температуры предварительного подогрева выполняется для каждой конкретной марки сталей.

Разделение высоколегированных сталей по группам (нержавеющие, кислотостойкие, жаростойкие и жаропрочные) в рамках ГОСТ5632-72 выполнено условно в соответствии с их основными служебными характеристиками, так как стали жаропрочные и жаростойкие являются одновременно кислотостойкими в определенных агрессивных средах, а кислотостойкие стали обладают одновременно жаропрочностью и жаростойкостью при определенных температурах.

Остановимся на кратких рекомендациях по технологии сварки высоколегированных сталей, которые, как уже отмечалось, разделяются на четыре группы.

Для хорошо сваривающихся высоколегированных сталей термообработку до и после сварки не проводят. При значительном наклепе металл необходимо закалить от 1050ч1100°С. Тепловой режим сварки нормальный. К этой группе сталей можно отнести ряд кислотостойких и жаропрочных сталей с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой.

Для удовлетворительно сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендуется предварительный отпуск при 650ч710°С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный. При отрицательной температуре сварка не допускается. Предварительный подогрев до 150ч200°С необходим при сварке элементов конструкции с толщиной стенки более 10мм. После сварки для снятия напряжений рекомендуется отпуск при 650ч710°С. К этой группе в первую очередь можно отнести большую часть хромистых и некоторых хромоникелевых сталей. сварочный легирующий деформирование преобразователь

Для ограниченно сваривающихся высоколегированных сталей термообработка перед сваркой различная (отпуск при 650ч710°С с охлаждением на воздухе или закалка в воде от 1050ч1100°С). При сварке большинства сталей этой группы обязателен предварительный нагрев до 200ч300°С.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости детали сварного соединения подвергают отпуску при 650ч710°С. Для сварки ряда сталей аустенитного класса обязательна закалка в воде от 1050ч1100°С.

Для плохо сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендован отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Для всей группы сталей обязателен предварительный подогрев до 200ч300°С. Сварка стали 110Г13Л в состоянии закалки производится без нагрева. Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям, в зависимости от марки стали и назначения. Для стали 110Г13Л термообработка не требуется.

Подготовка металла под сварку.

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Основной метали и присадочный материал перед сваркой должен быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических включений. На месте указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пар, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.

Подготовка кромок под сварку.

К элементам геометрической формы подготовке кромок под сварку относятся угол разделки кромок б, притупление кромок - С, зазор между стыкуемыми кромками - b, угол разделки кромок выполняется при толщине металла > 4 мм.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения. Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения.

Притупление выполняется для обеспечения устойчивого ведения сечения процесса сварки при выполнении корневого шва.

Смещение кромок (д) создает дополнительные деформации и напряжения.

Длина прихватки должна составлять (2ч10)ЧS, но не более 100мм, а расстояние между ними (10ч40)ЧS, но не более 500мм. Для разнотолщинных металлов длина (1ч5)ЧS, но не более 50мм, рост не более 250мм.

Способы наложения валиков и техника выполнения швов.

Во время сварки электросварщик сообщает концу электрода движение в трех направлениях.

Первое движение - поступательное по направлению оси электрода, для поддержания необходимой длины дуги Lg, которая должна быть Lg=(0.5ч1.1)dэ где: dэ - Ш электрода в мм.

Длина дуги оказывает большое влияние на качество сварного шва и его форму. Длинной дуге соответствует интенсивное окисление, азотирование расплавленного металла и повышенное разбрызгивание.

Второе движение - вдоль оси валика для образования сварного шва. Скорость движения электрода зависит от величины тока, диаметра электрода, типа и пространственного положения шва. Правильно выбранная скорость перемещения электрода вдоль оси шва обеспечивает требуемую форму и качество сварного шва. Недостаточная скорость движения электрода приводит к перегреву и прожигу металла, а также снижает качество и производительность сварки.

Третье движение - колебание конца электрода поперек шва для образования уширенного валика, который применяется чаще, чем ниточный. Для образования уширенного валика электроду сообщают поперечные колебательные движения чаще всего с постоянной частотой и амплитудой, совмещенные с поступательным движением электрода вдоль оси шва.

Все сварные соединения по протяженности разделяются на три группы: от 250 до 300мм короткие; от 300 до 1000мм - средней длины; от 1000 и более длины.

Короткие выполняют от начала к концу а) в одном направлении; б) сварка соединений средней длины от середины к концу; в) сварка обратноступенчатым способом от середины к концу для соединения средней длины; г) сварка обратноступенчатым способом от средины к концу для длинных соединений.

При сварке горкой на участке длиной 200ч300мм накладывают первый слой. Затем после очистки первого слоя от шлака окалины и брызг на него накладывают второй слой по длине в два раза больший чем первый. Отступив от начала второго слоя, на 200ч300мм выполняют третий слой.

Сварка каскадом для выполнения длинных многослойных швов.

Выбор режима сварки.

Под режимом сварки понимают совокупность условий создающих устойчивое протекание процесса сварки.

К основным параметрам режима сварки относят величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и величину поперечного колебания конца электрода.

Глубина провара и ширина шва зависят от всех основных параметров режима сварки. Увеличение IСВ вызывает при неизменной скорости рост глубины провара, что объясняется величиной поточной энергии (теплоты приходящейся на единицу длины шва) и от давления столба дуги.

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40ч50% больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется большим количеством теплоты, выделяющийся на аноде и катоде.

При сварке переменным током глубина провара на 15ч20% меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Напряжение при ручной дуговой сварке на глубину провара оказывает незначительное влияние, которым можно пренебречь.

Выбор диаметра электрода.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положение в котором выполняется сварка, а также в зависимости от характера соединения и формы подготовки кромок.

Размещено на Allbest.ru

...