Металлоконструкции декоративного ограждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Краткие сведения о металлах и свариваемой стали

Кристаллическое строение металлов

Материаловедением называют науку, изучающую зависимость между составом, структурой и свойствами материалов, закономерности их изменения при воздействии различных технологических и эксплуатационных факторов.

Номенклатура современных материалов насчитывает десятки тысяч наименований: металлы, древесина, силикаты, полимеры, керамика и др., в самых различных сочетаниях. Доля стоимости материалов и их обработки в совокупном общественном продукте составляет почти 60 %. Поэтому бакалавр должен обладать достаточными материаловедческими знаниями для оптимального выбора материала в каждом конкретном случае, принимая во внимание наличие материалов, требований технологии изготовления деталей, условия их эксплуатации и не менее важных факторов стоимости и экологии.

Среди конструкционных материалов металлические материалы составляют более 90 %. Соответственно основная часть книги посвящена металлическим материалам. Изложены основы процессов формирования структуры кристаллических материалов из жидкой фазы, а также ее изменения при пластическом деформировании и термическом воздействии. Показано влияние микроструктуры на физико-механические свойства металлов. Рассмотрены основные классы конструкционных и инструментальных материалов, приведены рекомендации по их использованию.

1.1 Общие сведения о металлах и сплавах

Металлами называются химические элементы, которые отличаются характерным металлическим блеском, обладают хорошей тепло- и электропроводностью, пластичностью и способностью свариваться. Все металлы делят на две большие группы - черные и цветные.

Черными металлами называют железо и сплавы на его основе. Они имеют темно-серый цвет, высокую плотность и температуру плавления, относительно высокую твердость.

Цветными металлами называют практически все остальные металлы. Они обладают большой пластичностью, малой твердостью, различной температурой плавления.

В большинстве отраслей народного хозяйства чаще используют металлические сплавы - стали, чугуны, латуни, бронзы, дюралюминий, и др. Образуются они в результате кристаллизации (перехода металла из жидкого состояния в твердое) двух или нескольких металлов или металлов с небольшим содержанием неметаллов. Например, при сплавлении железа с углеродом образуется чугун, сталь; меди с цинком - латунь.

сварка металл декоративный ограждение

1.2 Строение металлов

В технике под металлами понимают вещества, обладающие комплексом металлических свойств: характерным металлическим блеском, высокой электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью.

Кристаллические решетки. Все вещества в твердом состоянии могут иметь кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе атомы расположены хаотично, а в кристаллическом -- в строго определенном порядке. Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение.

Для описания кристаллической структуры металлов пользуются понятием кристаллической решетки. Кристаллическая решетка -- это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой расположены атомы. Наименьшая часть кристаллической решетки, определяющая структуру металла, называется элементарной кристаллической ячейкой.

Рис. 1- Основные виды кристаллических решеток

На рис. 1 изображены элементарные ячейки для наиболее распространенных кристаллических решеток. В кубической объемно-центрированной решетке (рис. 1, а) атомы расположены в узлах ячейки и один атом в центре куба. Такую решетку имеют хром, вольфрам, молибден и др. В кубическогранецентрированной решетке (рис. 1, б) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Эту решетку имеют алюминий, медь, никель и другие металлы. В гексагональной плотноупакованной решетке (рис. 1, в) атомы расположены в вершинах и центрах оснований шестигранной призмы и три атома в середине призмы. Такой тип решетки имеют магний, цинк и некоторые другие металлы.

1.3 Понятие об изотропии и анизотропии

Свойства тела зависят от природы атомов, из которых оно состоит, и от силы взаимодействия между этими атомами. Силы взаимодействия между атомами в значительной степени определяются расстояниями между ними. В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве расстояния между атомами в различных направлениях равны, следовательно, свойства будут одинаковые, то есть аморфные тела изотропны.

В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные свойства. Зависимость свойств от направления называется анизотропией .

Чтобы понять явление анизотропии необходимо выделить кристаллографические плоскости и кристаллографические направления в кристалле. Плоскость, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографической плоскостью.

Прямая, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографическим направлением.

Для обозначения кристаллографических плоскостей и направлений пользуются индексами Миллера. Чтобы установить индексы Миллера, элементарную ячейку вписывают в пространственную систему координат (оси X,Y, Z - кристаллографические оси). За единицу измерения принимается период решетки.

Рис. 2- Примеры обозначения кристаллографических плоскостей (а) и кристаллографических направлений (б)

Для определения индексов кристаллографической плоскости необходимо:

- установить координаты точек пересечения плоскости с осями координат в единицах периода решетки; - взять обратные значения этих величин; - привести их к наименьшему целому кратному, каждому из полученных чисел.

Полученные значения простых целых чисел, не имеющие общего множителя, являются индексами Миллера для плоскости, указываются в круглых скобках. Примеры обозначения кристаллографических плоскостей на рис.2а.

Другими словами, индекс по оси показывает на сколько частей плоскость делит осевую единицу по данной оси.

Плоскости, параллельные оси, имеют по ней индекс 0 (110)

Ориентация прямой определяется координатами двух точек. Для определения индексов кристаллографического направления необходимо:

- одну точку направления совместить с началом координат;

- установить координаты любой другой точки, лежащей на прямой, в единицах периода решетки

- привести отношение этих координат к отношению трех наименьших целыж чисел.

Индексы кристаллографических направлений указываются в квадратных скобках [111].

В кубической решетке индексы направления, перпендикулярного плоскости (hkl) имеют те же индексы [hkl].

1.4 Магнитные превращения

Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определённой температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа - ). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектродного взаимодействия.

Полиморфизм. Некоторые металлы в зависимости от температуры могут существовать в различных кристаллических формах. Это явление называется полиморфизм или аллотропия, а различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Процесс перехода от одной кристаллической формы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения протекают при определенной температуре. Полиморфные модификации обозначают строчными греческими буквами , , , и т. д., причем соответствует модификации, с шествующей при наиболее низкой температуре. Полиморфизм характерен для железа, олова, кобальта, марганца, титана и некоторых других металлов.

Рис. 3 - Кривая охлаждения железа

Важное значение имеет полиморфизм железа.

На рис. 3 изображена кривая охлаждения железа. Полиморфные превращения характеризуются горизонтальными участками на кривой охлаждения, так как при них происходит полная перекристаллизация металла. До 911° С устойчиво Fе, имеющее кубическую объемноцентрированную решетку. В интервале 911 - 1392° С существует Fе с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. При 1392 - 1539° С вновь устойчиво Fе. Часто высокотемпературную модификацию Fе обозначают Fе. Остановка на кривой охлаждения при 768° С связана не с полиморфным превращением, а с изменением магнитных свойств. До 768° С железо магнитно, а выше -- немагнитно.

Дефекты кристаллического строения. Реальный металлический кристалл всегда имеет дефекты кристаллического строения. Они подразделяются на точечные, линейные и поверхностные. Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К точечным дефектам относятся вакансии, представляющие собой узлы кристаллической решетки в которых отсутствуют атомы (рис. 4, а), а также замещенные атомы примеси (рис. 6, б) и внедренные атомы (рис. 4, в) которые могут быть как примесными, так и атомами основного металла. Точечные дефекты вызывают местные искажения кристаллической решетки, которые затухают достаточно быстро по мере удаления от дефекта.

Рис. 4 - Схемы точечных дефектов в кристаллах

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Эти дефекты называют дислокациями. Краевая дислокация (рис. 5) представляет собой искажение кристаллической решетки, вызванное наличием «лишней» атомной полуплоскости.



Рис. 5 - Схема краевой дислокации

Поверхностные дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся, например, границы между отдельными зернами или группами зерен. Поверхностные дефекты - границы зерен, фрагментов и блоков (рис .6).

Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов (). Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 - 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.

Рис. 6- Разориентация зерен и блоков в металле.

Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, раз ориентированные один относительно другого на несколько градусов (). Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией. В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса (). Такую структуру называют блочной или мозаичной.

2. Оборудования сварочного поста для ручной дуговой сварки для декоративного ограждения

Создание рабочего места для сварщика - это важная составляющая сварочных работ. От соблюдения всех требований, предъявляемых к сварочному посту, будет зависеть как безопасность работника, так и качество выполняемых работ.

Сварочный пост для ручной дуговой сварки отличается от обустройства рабочего места для проведения автоматической и полуавтоматической сварки. Об особенностях применяемого оборудования и инструментах поговорим далее.

Устройство поста для ручной дуговой сварки.

Сварочный пост для ручной дуговой сварки традиционно оборудуется всеми устройствами, инструментами и материалами, которые могут потребоваться во время сваривания. Обязательно наличие сварочного аппарата, который включает в себя источник питания, аппаратуру для пуска, провода для осуществления сварки, держатели электродов. Кроме этого, правильно должно быть оборудовано и само рабочее место сварщика.



Сварочные посты бывают как стационарными, так и передвижными (то есть такими которые можно перевозить на разные площадки).

Особенность работы на стационарном посту заключается в том, что к рабочему месту сварщика подаются конструкции, которые необходимо сварить. Сварщик, выполняя работы, перемещается от шва ко шву, при этом вся аппаратура находится на одном месте.

Отметим, что допускается передвижения сварщика в пределах длины кабеля, используемого при сварке. Обычно это не больше 30-40 метров. Сразу оговоримся, что более длинные провода обычно не используются, так как это приводит к значительному падению напряжения в цепи. А это сказывается на всем сварочном процессе.

2.1 Стационарный сварочный пост для ручной сварки

Размеры сварочного поста зависят от объемов работ, которые выполняет сварщик. Так, если он обычно работает с металлоизделиями небольших размеров, то и сварочный пост имеет соответствующие габариты. Кроме того, эти факторы также влияют и на то, как правильно обустроить сварочный пост.

Обычно для таких постов изготовляют металлическую кабину с высотой стен не меньше двух метров. Вообще, кабина выполняется из любых материалов, которые не подвержены возгоранию - это листы стали, плиты, изготовленные из асбестоцемента и прочее.

Кабина имеет вход, который закрывается специальной брезентовой шторкой. Предварительно брезент поддают обработке пропиткой, имеющей огнестойкие свойства. Из стойких к огню материалов выполняется и пол кабины.

Такая кабина имеет и вентиляцию - для этого стены ее поднимают над полом на полметра. Внутри кабины устанавливается стол из металла для работы стоя или сидя. Заметим, что часто устанавливают не стол, а специальный кантователь либо другое устройство, которое позволяет поворачивать металлоизделие без особых усилий.

Также кабина оснащается стулом, сиденье которого при необходимости можно поднять. Имеются в кабине карманы либо ящики для отходов, инструментов и необходимых для сварки материалов.

Отметим, что сварочная аппаратура может находиться как внутри кабины, так и за ее пределами. Находиться аппарат для ручной сварки может не дальше, чем за 15 метров от кабины.

2.2 Передвижной пост для ручной сварки

На разнообразных стройках обычно используются сварочные посты передвижного типа. Передвижной сварочный пост создают непосредственно на стройплощадке. Обычно оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки размещается в передвижных машинных залах, которые делаются из стали (каркас) и тонких железных листов (обшивка). В таком машинном зале может быть от одного до трех сварочных аппаратов. Здесь также находятся аппаратура для пуска, шкаф, где хранятся инструменты, кабеля и пр., печь, предназначенная для прокалки электродов.

Заметим, что такие машинные залы комплектуются полозьями и проушинами, чтобы их можно было перемещать на небольшое расстояние по горизонтальной поверхности, и с помощью кранов поднимать их.

При маленьких объемах работ, сварочный пост можно организовать и собственно на строительной площадке. Его ставят исключительно под навесом так, чтобы аппаратура находилась не далеко от места, где требуется произвести сварочные работы. Если пост находится на площадках, расположенных на высоте от двух метров, пост обязательно оборудуют ограждениями, лестницами.



2.3 Некоторые особенности работы на сварочном посту

При работах сварщики обязательно используют щиток для защиты, который обычно держат в левой руке. Чтобы освободить руку, могут использоваться и специальные шлемы.

Если на стационарном сварочном посту сваривается небольшое по размерам изделие, то к металлическом столу подводят провод, а металлоизделие кладут на стол. Это позволяет включить изделие для сварки в цепь.

Заметим, что такие сварочные посты в цехах могут питаться от многопостового сварочного преобразователя.

Соблюдая все основные требования к сварочному посту для ручной дуговой сварки, можно значительно обезопасить сварщика во время проведения работ от удара током, возгораний и прочих явлений. Для большей защиты обязательно нужно использовать комплект защитной одежды, обувь, перчатки и щеток.

3. Основные достоинства металлоконструкций декоративного ограждения

Основными достоинствами металлоконструкций декоративного ограждения являются: элегантный вид, ажурность и кажущаяся легкость и, в то же время, необыкновенная прочность. Главное преимущество этого материала - пластичность, ведь металл позволяет создавать огромное разнообразие форм. В листовой форме из него изготавливают декоративные контейнеры и напольные покрытия. В виде прутка и в полосовом виде из металла можно сварить или выковать сложные конструкции типа ворот или перголы. В соответствии с минеральным составом металлы различаются по прочности, весу, текстуре поверхности и цвету - характеристикам, которые и определяют их конкретное применение.

Ворота и заборы из металла - широко распространенные сварные ограждения, обеспечивающие надежную защиту любого участка. При этом они не ограничивают вид на сад с прилегающей местности, как и перспективу, открывающуюся из сада на окрестности.

Сварные секционные заборы сочетают в себе прочность и надежность, прозрачность пролетов и относительно невысокую стоимость. Выполняются металлические ограждения из нержавеющей или конструкционной стали высокого качества. Они очень долговечны и не требуют особенного ухода, устойчивы к различным погодным условиям, что позволяет успешно эксплуатировать такие заборы в различных климатических условиях. От коррозии металл защищают специальными грунтовками, эмалями, полимерными покрытиями.

Особым изяществом отличаются кованые ворота и ограды. Художественная ковка является одним из видов декоративно-прикладного искусства. Кованые заборы, изготовленные для ограждения различных участков, характеризуются высоким художественным уровнем, декоративностью и сочетаются с различными стилями и направлениями в архитектуре и ландшафтном дизайне. Особенность пролетов, изготовленных методом ручной ковки, заключается в том, что прочные и тяжелые конструкции тем не менее выглядят хрупкими и изящными. В саду особенно уместны кованые орнаменты, использующие растительные мотивы - листья, стебли, цветки. Ажурные и изысканные кованые секции ограждения в сочетании с кирпичом, природным камнем или заборными блоками создают уникальные ограждения, способные послужить украшением любого участка.

	Слева: Деталь кованого ограждения.

В современном садовом дизайне все большую роль играет нержавеющая сталь. Это довольно дорогой материал, и изделия из него обычно изготавливаются и монтируются специалистами. Нержавеющая сталь выпускается в листовой форме. Стальные листы можно использовать для создания оград и садовых экранов как прямой, так и волнообразной формы. В виде сплошного листа такие экраны будут выглядеть громоздко, поэтому обычно в них прорезают сквозные отверстия различной формы методом лазерной резки. Это могут быть разнообразные геометрические формы, например комбинации прямоугольных отверстий, или более фигурные прорези, например в форме листьев дерева, которые помогут вписать этот элемент в окружающий ландшафт и одновременно смягчат холодный вид стали. У специализированных компаний можно купить готовые перфорированные листы из нержавеющей стали, имеющие круглую, продолговатую, квадратную или прямоугольную перфорацию. Такие листы выглядят больше как сетки или решетки и, благодаря привлекательной визуальной легкости, могут быть очень эффектными в современном садовом дизайне. Их можно использовать для создания настилов или полупрозрачных оград и перегородок в саду в стиле хай-тек.

	Слева: Узор, сделанный в листовом металле с помощью лазерной резки.

Еще один современный вариант ограждения можно создать с помощью многожильных стальных тросов или канатов. Они сочетают в себе невероятную прочность с практически полной прозрачностью получаемых из них элементов, таких как ограды или перила для садовых лестниц и террас. В перилах и оградах стальные тросы пропускаются через отверстия в столбах, установленных на достаточно коротком расстоянии друг от друга, и затем закрепляются на конечных столбах под натяжением. Над верхним тросом желательно закрепить деревянный поручень, который придаст дополнительную прочность всей конструкции. Оформленная такими перилами терраса напоминает палубу корабля и отлично впишется в сад, обыгрывающий морскую тему.

4. Технология ручной дуговой сварки декоративного ограждения

Сущность процесса и способы повышения производительности.

Среди всех способов сварки наиболее распространена ручная дуговая сварка штучными электродами как наиболее универсальная. Способ позволяет без замены сварочного инструмента и оборудования (при правильно выбранном сварочном режиме) выполнять швы различных типов и назначения, а также вести сварку в любом пространственном положении и в труднодоступных местах.

Широко используют ручную сварку электрической дугой прямого действия. Устойчивый процесс сварки обеспечивается непрерывной подачей конца электрода в зону горения дуги без значительных отклонений ее длины. При длинной дуге усиливается окисление электродного металла, увеличивается разбрызгивание, снижается глубина провара, шов получается со значительными включениями оксидов. Основной объем работ выполняют при токе 90...350 А и напряжении дуги 18...30 В.

Возбуждение (зажигание) дуги 3 (рис.1) происходит при кратковременном замыкании электрической сварочной цепи, для чего сварщик прикасается к свариваемому металлу 1 концом электрода 5 и быстро отводит его на расстояние 2...4 мм. В этот момент возникает электрическая дуга, устойчивое горение которой поддерживают поступательным движением электрода (вдоль оси) по мере его плавления. Дугу возбуждают также скользящим движением конца электрода по поверхности свариваемого металла (чирканием) с быстрым отводом его на необходимое расстояние.



1 -- основной металл; 2 -- сварочная ванна; 3 -- дуга; 4 -- электродное покрытие; 5 -- электрод; 6 -- капли электродного металла; 7 -- газовая защита; 8 -- жидкая шлаковая пленка; 9 -- шов; 10 -- шлаковая корка

В процессе сварки электрод перемещают: по направлению к изделию по мере плавления электрода; вдоль соединения; поперек соединения для получения необходимых формы и сечения шва.

При сварке покрытым электродом происходит плавление стержня и покрытия. Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлак обволакивает капли металла, образующиеся при плавлении электродной проволоки. В ванне шлак перемешивается и, всплывая на ее поверхность, образует шлаковый покров, предохраняющий металл от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха. Кроме того, всплывая на поверхность ванны, шлак очищает расплавленный металл. Образующиеся при расплавлении покрытия газы оттесняют воздух из реакционной зоны (зоны дуги) и способствуют созданию лучших условий защиты.

Таким образом, покрытие электрода обеспечивает газошлаковую защиту металла сварного соединения от взаимодействия с воздухом и металлургическую обработку металла в ванне.

Покрытыми электродами сваривают черные и цветные металлы и различные сплавы практически любой толщины. Такие электроды находят достаточно широкое применение и при наплавке.

Рациональная область применения дуговой сварки покрытыми электродами -- изготовление конструкций из металлов с толщиной соединяемых элементов более 2 мм при небольшой протяженности швов, расположенных в труднодоступных местах и различных пространственных положениях.

Основные преимущества способа -- универсальность и простота оборудования. Недостатки -- невысокая производительность и применение ручного труда. Невысокая производительность обусловлена малыми допустимыми значениями плотности тока, а также тем, что металл шва формируется в основном за счет электродного металла. В этих условиях определяющим производительность процесса становится коэффициент наплавки ан. Его значение зависит от физико-химических свойств покрытия, рода тока и его полярности, состава электрода, режима сварки.

При расчете количества электродного металла, расходуемого на сварку данного шва, исходят из коэффициента расплавления электрода.

Коэффициент наплавки меньше коэффициента расплавления на количество металла, теряемого на разбрызгивание и испарение.

Если учесть, что при сварке покрытыми электродами потери на разбрызгивание и испарение до 15% и до 15% длины стержня электрода остается в виде неиспользуемых огарков, то общие потери на угар, разбрызгивание и огарки составят до 30%.

Существует много методов повышения производительности ручной сварки покрытыми электродами. Наиболее эффективный из них -- введение в состав покрытия железного порошка, что приводит к повышению коэффициента наплавки до 18 г/А-ч и позволяет значительно повысить производительность процесса по сравнению со сваркой обычными электродами. В этом случае в образовании шва участвует не только металл электродного стержня, но и металл, вводимый в состав покрытия в виде железного порошка. Например, при увеличении в рутиловом покрытии электродов содержания железного порошка с 20% до 50...60% производительность сварки в нижнем положении возрастает пример¬но в 1,5...2 раза. К электродам с такими покрытиями относят АН-1, ОЗС-3 и др., использование которых существенно повышает производительность сварочных работ.

Другой способ повышения производительности труда -- сварка с глубоким проплавлением. При этом способе сварку ведут при опирании козырька покрытия электрода на кромки свариваемого металла. Используют электроды с повышенной толщиной покрытия (например, ОЗС-3). Масса покрытия 60...80% массы стержня при отношении диаметра электрода к диаметру стержня 1,5...1,6. Положение электрода при сварке угловых и стыковых швов приведено на рис. 2, а и б. В результате наклона электрода к линии шва под углом 70...80° давление дуги вытесняет жидкий металл из сварочной ванны в сторону валика. В результате глубина проплавления возрастает, уменьшается доля электродного металла в металле шва, чем и обеспечивается повышение производительности. Таким образом удается выполнять одностороннюю сварку встык без разделки кромок стальных листов толщиной до 8...10 мм и двустороннюю сварку листов толщиной до 16...18 мм.

Более высокой производительностью характеризуется и сварка трехфазной дугой. Ток от трех фаз источника переменного тока подводится к двум электродам и свариваемому металлу.

В процессе сварки действуют три сварочные дуги, горящие попеременно: две между электродами и основным металлом и одна между электродами (рис. 2, в). Количество выделяемой при этом теплоты и соответственно производительность возрастают по сравнению со сваркой однофазной дугой в 2...3 раза.



Сварка наклонным электродом (рис.3, а) также позволяет повысить производительность труда. При этом способе используют приспособление, состоящее из штанги, электрически изолированной от свариваемого металла, и обоймы, к которой подводят ток от источника питания сварочной дуги. Обойма может свободно скользить по штанге. Плавящийся покрытый электрод устанавливают наклонно вдоль свариваемых кромок и закрепляют в обойме, которая во время плавления электрода скользит под действием силы тяжести по штанге, при этом дуга перемещается в направлении к штанге, образуя шов.

Обычно дугу зажигают замыканием стержня электрода на свариваемый металл с помощью дополнительного угольного электрода, после чего горение дуги и плавление электрода происходят произвольно без участия сварщика. При этом способе сварки применяют также пружинные приспособления или комбинированные устройства. Для фиксирования базы штанги или пружинного приспособления используют струбцины или постоянные магниты. Электроды имеют следующие размеры: при диаметре 4...8 мм длину 450...1000 мм; при диаметре 6...10 мм длину 700...1200 мм. Угол наклона электрода при использовании штангового приспособления 25...30°, пружинного -- 5...10°. Сварочный ток подбирают из расчета 40...45 А на 1 мм диаметра электрода. Длинномерные швы выполняют при установке нескольких приспособлений вдоль свариваемых кромок. Один сварщик может одновременно обслуживать до 3...4 постов, при этом производительность по сравнению с ручной сваркой возрастает в 2,5...3 раза.

Сварка лежачим электродом -- еще один способ повышения производительности. Покрытый плавящийся электрод укладывают вдоль свариваемых кромок (рис. 3, б). Дугу зажигают угольным электродом или другим способом. Устойчивое горение дуги обеспечивается за счет явления саморегулирования.

Электроды состоят из металлического стержня, нанесенного на него слоя покрытия и наружной оболочки круглой или другой формы с продольным пазом, служащим для стабилизации процесса. При диаметре электрода 4 и 8 мм толщина покрытия составляет соответственно 1,5 и 3 мм; длина электродов 700...900 мм.

Ток подводится с помощью контактов, устанавливаемых через каждые 500...800 мм. В местах их установки на электродах зачищают верхний слой покрытия. Для получения длинных швов стержни электродов соединяют металлическими вставками.

Многослойную сварку выполняют, укладывая три или более электродов в разделку кромок или в угол при положении «в лодочку». Ток к электродам подается от нескольких источников. Для устойчивости процесса электроды покрывают стальной накладкой, облицованной слоем листовой меди (рис. 3, в), под которую укладывают слой бумаги, предохраняющий накладку от подгорания. При сварке одиночными электродами со стандартным покрытием также необходимо пользоваться указанными накладками.

При сварке лежачим электродом сварщик может обслуживать одновременно несколько постов, что повышает производительность.



5. Дефекты сварных швов декоративного ограждения

При производстве сварных деталей и конструкций образуются дефекты различного вида, которые условно можно классифицировать на:

· - дефекты подготовки и сборки;

· - дефекты формы шва;

· - наружные и внутренние дефекты.

Дефекты подготовки и сборки. Характерными видами дефектов при сварке плавлением являются:

· неправильный угол скоса кромок шва с V-, X- и U-образной разделкой;

· слишком большое или малое притупление по длине стыкуемых кромок;

· непостоянство зазора между кромками по длине стыкуемых элементов;

· несовпадение стыкуемых плоскостей;

· слишком большой зазор между кромками свариваемых деталей;

· расслоения и загрязнения кромок.

Указанные дефекты могут возникнуть из-за:

· неисправности станочного оборудования, на котором обрабатывали заготовки;

· недоброкачественности исходных материалов;

· ошибок в чертежах;

· низкой квалификации слесарей и сборщиков.

Дефекты формы шва. Форма и размеры сварных швов обычно задаются техническими условиями, указываются на чертежах и регламентируются стандартами. Конструктивными элементами стыковых швов (рис. 1) являются их ширина e, высота выпуклости q и подварки q₁, угловых швов тавровых и нахлесточных соединений без скоса кромок (рис. 2)- катет К и толщина а. Размеры швов зависят от толщины s свариваемого металла и условий эксплуатации конструкций.

Рис. 1. Основные конструктивные элементы сварных швов: а - без подготовки кромок малых толщин (b - ширина зазора); б - с V-образной разделкой

Рис. 2. Основные конструктивные элементы валиков: а - нормального; б - выпуклого; в - вогнутого



При выполнении сварных соединений любыми методами сварки плавлением швы могут иметь неравномерную ширину и высоту, бугры, седловины, неравномерную высоту катетов в угловых швах рис. 3 .

Рис. 3. Дефекты формы швов: а - неравномерная ширина шва при ручной сварке; б - то же, при автоматической сварке; в - неравномерная выпуклость - бугры и седловины

Неравномерная ширина швов образуется при неправильном движении электрода, зависящем от зрительно-двигательной координации (ЗДК) сварщика, а также в результате возникших отклонений от заданного зазора кромок при сборке. При автоматической сварке причиной образования этого дефекта является нарушение скорости подачи проволоки, скорости сварки и т. д.

Неравномерность выпуклости по длине шва, местные бугры и седловины получаются при ручной сварке из-за недостаточной квалификации сварщика и в первую очередь объясняются особенностью ЗДК сварщика; неправильными приемами заварки прихваток; неудовлетворительным качеством электродов.

При автоматической сварке эти дефекты встречаются редко и являются следствием неполадок в механизме автомата, регулирующем скорость сварки.

Перечисленные дефекты формы шва снижают прочность соединения и косвенно сказывают на возможность образования внутренних дефектов.

Наружные дефекты. К ним относят

· наплывы,

· подрезы,

· незаделанные кратеры,

· прожоги.

Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл или ранее выполненный валик без сплавления с ним (рис. 4). Наплывы могут быть местными, в виде отдельных зон, а также значительными по длине.

Наплывы возникают из-за:

· чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки;

· неудобного пространственного положения (вертикальное, потолочное);

· увеличенного наклона плоскости, на которую накладывают сварной шов;

· неправильного ведения электрода или неверного смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом;

· выполнения вертикальных швов вверх и недостаточного опыта сварщика.



Рис. 4. Наплывы в швах: а - горизонтальном; б - нахлесточного соединения; в - таврового соединения; г - стыкового соединения или при наплавке валиков

Подрезы представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по краям шва (рис. 5). Глубина подреза может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Причинами образования этого дефекта являются:

· значительно силы ток и повышенное напряжение дуги;

· не удобное пространственное положение при сварке;

· небрежность сварщика.

Рис. 5. Подрезы: а - в стыковом шве; б - в горизонтальном шве, расположенном на вертикальной плоскости; в - в угловом шве таврового соединения



Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения швов в процесс эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах, расположенные поперек действующи на них сил, приводят к резкому снижению вибрационной прочности; даже достаточно крупные подрезы, проходящие вдоль действующе силы, отражаются на прочности в значительно меньшей степени, чем подрезы, расположенные поперек.

Кратер - углубление, образующееся конце шва при внезапном прекращении сварки Особенно часто кратеры возникают при выполнении коротких швов. Размеры кратер зависят от величины сварочного тока. При ручной сварке его диаметр колеблется от 3 до 20 мм, при автоматической он имеет удлиненную форму в виде канавки. Незаделанные кратеры снижают прочность сварного соединения так как концентрируют напряжения. При вибрационной нагрузке снижение прочности соединения из малоуглеродистой стали достигает 25 %, а из низколегированных - 50 % при наличии в шве кратера.

Прожоги - дефекты в виде сквозного отверстия в сварном шве, образующиеся при вытекании сварочной ванны; сварке металл небольшой толщины и корня шва в многослойных швах, а также при сварке снизу вверх вертикальных швов (рис. 6). Причинами прожогов являются: чрезмерно высокая погонная энергия дуги, неравномерная скорость сварки, остановка источника питания, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов. Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, хотя и заделывается, однако шов в том месте получается неудовлетворительный по внешнему виду и качеству.



Рис. 6. Прожоги

Поджоги возникают в результате возбуждения дуги («чирканья электродом») на краю кромки. Этот дефект служит источником концентрации напряжений, его обязательно удаляют механическим способом.

Внутренние дефекты. К ним относят поры, шлаковые включения, непровары, несплавения и трещины.

Поры (рис. 7) в виде полости округлой формы, заполненной газом, образуются вследствие: загрязненности кромок свариваемого металла, использования влажного флюса или отсыревших электродов, недостаточной зашиты шва при сварке в углекислом газе, увеличенной скорости и завышенной длины дуги. При сварке в углекислом газе, а в некоторых случаях и под флюсом на больших токах, образуются сквозные поры - так называемые свищи.



Рис. 7. Характер пористости в наплавленном металле шва: а - равномерная пористость; б - скопления пор; в - цепочки пор

Размеры внутренних пор колеблются от 0,1 до 2...3 мм в диаметре, а иногда и более. Поры, выходящие на поверхность шва, могут быть и больше. Свищи при сварке под флюсом и в углекислом газе на больших токах могу иметь диаметр до 6...8 мм. Длина так называемых «червеобразных» пор - до нескольких сантиметров.

Равномерная пористость (рис. , а) обычно возникает при постоянно действующих факторах: загрязненности основного металла по свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и т.п.), непостоянной толщине покрытия электродов и т.д. Скопление пор (рис. 7, б) наблюдается при местных загрязнениях или отклонениях от установленного режима сварки, также при нарушении сплошности покрытия электрода, сварке в начале шва, обрыве дуги или случайных изменениях ее длины.

Цепочки пор (рис. 7, в) образуются в условиях, когда газообразные продукты проникают в металл по оси шва на всем его протяжении (при сварке по ржавчине, подсос воздуха через зазор между кромками, подварке корня шва некачественными электродами). Одиночные поры возникают за счет действия случайных факторов (колебания напряжения сети и т.д.). Наиболее вероятно возникновения пор при сварке алюминиевых и титановых сплавов, в меньшей степени - при сварке сталей.

Шлаковые включения в металле сварного шва - это небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, оксидами).

Вероятность образования шлаковы включений в значительной мере определяется маркой сварочного электрода. При сварке электродами с тонким покрытием вероятность образования шлаковых включений очень велика. При сварке высококачественными электродами, дающими много шлака, расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии и неметаллические включения успеваю всплыть на его поверхность, в результате чего шов засоряется шлаковыми включениями не значительно.

Шлаковые включения можно разделит на макро- и микроскопические. Макроскопические включения имеют сферическую и продолговатую формы в виде вытянутых «хвостов» Эти включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины и других загрязнений и чаще всего вследствие внутренних подрезов и плохой зачистки от шлак поверхности первых слоев многослойных швов перед заваркой последующих (рис. 8).

Микроскопические шлаковые включения появляются в результате образования в процессе плавления некоторых химических соединений, остающихся в шве при кристаллизации.

Рис. 8. Шлаковые включения по подрезу кромки в многослойном шве

Оксидные пленки могут возникать при всех видах сварки. Причины их образования такие же, как и шлаковых включений: загрязненность поверхностей свариваемых элементов; плохая зачистка от шлака поверхности слоев шва при многослойной сварке; низкое качество электродного покрытия или флюса; недостаточно хорошая квалификация сварщика и т.п.

Непровары - это дефект в виде местного несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков. Непровары (рис. 9, а) в виде несплавления основного металла с наплавленным представляют собой тонкую прослойку оксидов, а в некоторых случаях - грубую шлаковую прослойку между основным и наплавленным металлом. Причинами образования таких непроваров являются:

· - плохая зачистка кромок свариваемых деталей от окалины, ржавчины, краски, шлака, масла и других загрязнений;

· - блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенно при варке на постоянном токе;

· - электроды из легкоплавкого материала (при выполнении шва такими электродами жидкий металл натекает на неоплавленные свариваемые кромки);

· - чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавиться;

· - значительное смещение электрода в сторону одной из свариваемых кромок, при том расплавленный металл натекает на вторую нерасплавленную кромку, прикрывая непровар;

· - неудовлетворительное качество основного металла, сварочной проволоки, электродов, флюсов и т.д.;

· - плохая работа сварочного оборудования - колебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки;

· - низкая квалификация сварщика.



Рис. 9. Непровары: а - по кромке с основным металлом; б - в корне шва; в - между отдельными слоями; г - между валиками

Причинами образования непроваров в корне шва (рис. 9, б) кроме указанны выше могут быть: недостаточный угол скоса кромок; большая величина их притупления; маленький зазор между кромками свариваемых деталей; большое сечение электрода или присадочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что значительно затрудняет расплавление основного металла. Непровары между отдельными слоями (рис. 9, в, г) возникают по следующим причинам: из-за не полностью удаленного шлака, образовавшегося при наложении предыдущего валика, что возможно из-за трудности его удаления или небрежности сварщика; недостаточной тепловой мощности (малый ток, излишне длинная или коротка дуга).

Трещины - частичное местное разрушение сварного соединения в виде разрыв (рис. 10). Образованию трещин способствуют следующие факторы:

· - сварка легированных сталей в жестко закрепленных конструкциях;

· - высокая скорость охлаждения при сварке углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе;

· - применение высокоуглеродистой электродной проволоки при автоматической сварки конструкционной легированной стали;

· - использование повышенных плотностей сварочного тока при наложении первого слоя многослойного шва толстостенных сосудов и изделий;

· - недостаточный зазор между кромками деталей при электрошлаковой сварке;

· - слишком глубокие и узкие швы при автоматической сварке под флюсом;

· - выполнение сварочных работ при низкой температуре;

· - чрезмерное нагромождение швов для усиления конструкции (применение накладок и т.п.), в результате чего возрастают сварочные напряжения, способствующие образованию трещин в сварном соединении;

· - наличие в сварных соединениях других дефектов, являющихся концентраторами напряжений, под действием которых в области дефектов начинают развиваться трещины.

Рис. 10. Трещины в сварных швах и соединениях: а - в наплавленном металле; б - в зонах оплавления и термического влияния

Существенным фактором, влияющим на образование горячих трещин (ГТ), является засоренность основного и присадочного металлов вредными примесями серы и фосфора. Холодные трещины (ХТ) образуются при наличии составляющих мартенситного и бейнитного типов, концентрации диффузного водорода в зоне зарождения трещин и растягивающих напряжений 1 рода. Трещины относятся к наиболее опасным дефектам и по всем действующим нормативно-техническим документам (НТД) недопустимы.

Для электронно-лучевой (ЭЛС) и лазерной сварки (ЛС) наиболее характерны: несплавления за счет смещения луча вследствие намагничивания (ЭЛС) или непостоянства зазора по длине (ЛС); газовые полости, возникающие из-за неполного закрытия газодинамического канала; дефекты формирования шва из-за выброса металла; пористость.

Металлические включения. В практик наиболее распространены вольфрамовы включения при сварке алюминиевых сплавов . Они обычно возникают при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом При этом могут наблюдаться мгновенная нестабильность дуги и появление одновременно вольфрамовыми включениями оксидных включений. Вольфрамовые включения могут располагаться внутри шва и на поверхности соединений в виде брызг. При попадании вольфрама жидкую ванну он обычно погружается на дно ванны. Вольфрам в алюминии нерастворим обладает большой плотностью. На рентгеновском снимке он дает характерные ясные изображения произвольной формы. Вольфрамовые включения, как правило образуются в местах обрыва дуги, при этом вольфрам скапливается в вершине кратеров, где часто образуются трещины.

Вольфрамовые включения подразделяю на две основные группы: изолированные и групповые. Размер диаметра изолированны включений 0,4...3.2 мм. Групповые включения описываются (по рентгенограмме) размером группы, количеством и размером отдельных (изолированных) включений в группе, при этом размер группы характеризуется размером минимальной окружности, в которую вписывается группа включений. Если изображение нескольких включений сливается, то их принимают за одно включение.



6. Контроль качества сварного соединения декоративного ограждения

Качество сварки и сварных соединений - это основной показатель, которому должно соответствовать изделие для удовлетворения запросов заказчика.

Стоит отметить, что в общем качество сварки и сварных соединений зависит от различных факторов, в том числе и от, собственно, технологического процесса. Общее качество сварки определяется по уровням дефектов при сваривании металлоизделий.

Основные показатели, влияющие на общее качество сварки, представлены на рисунке 1.

Подробнее остановимся на основных технологических факторах, влияющих на качество сваривания:

· режим сварочного процесса - это и сила тока, и напряжение;

· материалы необходимые для сваривания: электроды, флюсы, защитные газы;

· материал свариваемого изделия;

· профессионализм сварщика - это и разряд, и опыт работы;

· условия, в которых производится сваривание.

Способы контроля качества сварки и сварочных соединений.

Контроль качества сварки и сварных соединений состоит из нескольких обязательных этапов, которые позволяют определить дефекты. В ходе контроля осуществляется проверка таких показателей:

· приемлемого внешнего вида (при внешнем осмотре);

· плотности сварного шва;

· физико-химических свойств сварного шва.

Кроме того, контроль качества сварных соединений может быть:

· предварительным - это первичный контроль сварного соединения для определения качества сварки. Такой контроль предупреждает образование дефектов, он заключается в контроле электродов, флюсов, соблюдения режимов работы и т.д.;

· окончательный - это контроль, который оценивает результаты технологического процесса, его суть заключается в определении качества швов и выявлении дефектов.

Остановимся на каждом методе контроля детальнее.

Предварительный контроль качества сварки и сварных соединений включает в себя следующие этапы:

I. Контроль подготовки к сварочным работам. На этом этапе проверяется качество используемых в процессе работ сварочных материалов, кромок деталей металлоизделия, подготовленных под сварку, оборудования и оснастки, кроме того контрольную проверку проходит сам свариваемый материал и, конечно, необходимо удостовериться в готовности сварщиков к работе.

II. Контроль непосредственно над самими сварочными работами. Этот этап заключается в контроле режимов сваривания, проверке соблюдения технологического процесса сваривания, проверке порядка наложения кромок деталей, зачистки кратеров, швов.

Окончательный контроль качества сварки, сварных соединений направлен на определение образовавшихся дефектов и состоит из множества видов проверки:

· Визуальный осмотр сварного шва. При внешнем осмотре определяется наружный брак: наличие незаваренных мест, наплывов, подрезов, трещин, а также наличие смещения сваренных деталей, которое могло произойти в процессе сваривания. Обычно, после сварки деталь зачищают от окалин, брызг и шлака. Осмотр сварного соединения производится представителем отдела технического контроля с применением лупы с пяти и даже десятикратным увеличением.

· Испытание сварных соединений на проницаемость - это проверка, которой подвергают емкости, которые работают под давлением газовой или жидкой среды. Такая проверка проводится испытанием, но только после визуального осмотра и устранения выявленных дефектов.

Испытания сварочных швов в аппаратах, которые предназначены для работы под давлением:

· Давление жидкостей (гидравлическое).

1 способ. Емкость полностью или частично заполняется водой на 2-24 часа. Сварной шов считается качественным, если в течение вышеуказанного времени не дал течи и остался с внешней стороны в сухом виде.

2 способ. Емкость, трубопровод или другого вида конструкция наполняется водой и на пять минут создается внутри сосуда избыточное давление - в два раза выше рабочего. После истечения вышеуказанного времени давление снижается до рабочего, а околошовную зону снаружи обстукивают молотком. Влажные и запотевшие участки - дефекты, отмечаются мелом. Затем вода сливается из сосуда, а некачественные швы завариваются! После устранения дефектов швы опять подвергаются испытаниям.

· Давление газа.

В емкость или трубопровод подается газ, воздух или азот под давлением, указанным в технических условиях. Затем сосуд герметизируется, а все сварочные швы промазываются мыльным раствором, состоящим из 100 г мыла и одного литра воды. Если сварной шов с дефектом, то на нем будут появляться мыльные пузыри.

· Испытание аммиаком.

Перед началом этого испытания предварительно необходимо очистить сварные швы от окалин, масла и ржавчины. Затем на шов накладывают тканевый кусочек или бумажную ленту, которые перед этим пропитывают специальным индикатором. Далее в проверяемую емкость нагнетают воздух с одним процентом аммиака. Если сварное соединение с дефектом - имеются микроскопические трещины или не проваренные места, то бумага или ткань с индикатором окрашиваются в серебристо-черный цвет в течение пяти минут под воздействием аммиака.

Контроль качества сварки и сварных соединений с помощью рентгеновского просвечивания представлен на рисунке 2.



Такой вид контроля позволяет выявлять трещины и непровары в изделиях из стали с глубиной залегания до 100 миллиметров, в медных деталях - до 25 мм и в алюминиевых - до 300 мм.

7. Техника безопасности и пожарная безопасность при выявления сварочных работ по декоративному ограждению

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

...