Этапы создания и развития основополагающих газопламенных сварочных процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. История развития электрогазосварки

2. Виды электрогазосварки

3. Устройство, работа и технические характеристики ВД-502

4. Устройство и принцип работы сварочного осциллятора

5. Электроды, их виды и назначение

6. Техника сварки короба для дверей из профильной трубы (Ст3, h= 2000 мм, w= 1000мм)

7. Дефекты сварных швов и методы их контроля

8. Охрана труда при электрогазосварочных работах

Список используемой литературы

1. История развития электрогазосварки

В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В.Петров (1761-1834гг.) открыл электрическую дугу и описал явления, происходящие в ней, а также указал на возможность её практического применения. В 1881 году русский изобретатель Н.Н.Бенардос (1842-1905гг.) применил электрическую дугу для соединения и разъединения стали. 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, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в 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 (1854-1897гг.) предложил дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г.Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897г.

Н.Н. Бенардос и Н.Г.Славянов положили начало автоматизации сварочных процессов. 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 гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлом, а несколько позже - сварку судов и ответственных конструкций.

Развитие и промышленное применение сварки требовало разработки и изготовления надёжных источников питания, обеспечивающих устойчивой горение дуги. Такое оборудование - сварочный генератор СМ-1 и сварочный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием СТ-2 - было изготовлено впервые в 1924 году Ленинградским заводом «Электрик». В том же году советский учёный В.П. Никитин разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН. Выпуск таких трансформаторов заводом «Электрик» начал с 1927г.

В 1928 году учёный Д.А. Дульчевский изобрёл автоматическую сварку под флюсом.

Новый этап в развитии сварки относится к концу 30-ых годов, когда коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика Е.О.Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось с 1940г. Сварка под флюсом сыграла огромную роль в годы войны при производстве танков, самоходных орудий и авиабомб. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.

В конце 40-ых годов получила промышленное применение сварка в защитном газе. Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патонова разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе.

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

Авторы сварки в углекислом газе плавящимся электродом и электрошлаковой сварки К.М. Новожилив, Г.З. Волошкевич, К.В.Любавский и др. удостоены Ленинской премии.

В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др. Большой вклад в развитие сварки внесли учёные нашей страны: В.П.Вологдин, В.П.Никитин, Д.А. Дульчевский, Е.О. Патонов, а также коллективы Института электросварки имени Е.О. Патонова, Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения, Всесоюзного научно-исследовательского и конструктивного института автогенного машиностроения, Института металлургии имени А.А. Байкова, ленинградского завода «Электрик» и др.

Рис 1. Хронологическое дерево «Создание основополагающих сварочных процессов и их развитие»

Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка. Преимущество сварки перед этими процессами следующие:

* экономия металла - 10...30% и более в зависимости от сложности конструкции

* уменьшение трудоёмкости работ, сокращение сроков работ и уменьшение их стоимости

* удешевление оборудования

* возможность механизации и автоматизации сварочного процесса

* возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей

* герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых

* уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих

Рис 2. Этапы создания и развития основополагающих газопламенных сварочных процессов

2. Виды электрогазосварки

Сварка плавлением

Сварка плавлением - (термический класс сварки) сварка, осуществляемая местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления. Классификация сварки плавлением приведена на рис.3.

Рис 3. Классификация сварки плавлением

Дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Имеет большое количество разновидностей.

Электрошлаковая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Классифицируется по виду и количеству электродов и по колебаниям электрода.

Электронно-лучевая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия ускоренных электронов (электронного луча). Классифицируется по наличию и направлению колебаний луча.

Плазменной сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, а также неметаллические материалы. Температура плазменной дуги, применяемой в сварочной технике, достигает 30 000 C. Для получения плазменной дуги применяются плазмотроны с дугой прямого или косвенного действия. В плазмотронах прямого действия плазменная дуга образуется между вольфрамовым электродом и основным металлом. Сопло в таком случае электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги. В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создаётся между вольфрамовым электродом и соплом, а струя плазмы выделяется из столба дуги в виде факела. Дугу плазменного действия называют плазменной струёй. Для образования сжатой дуги вдоль её столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород и другие газы и их смеси). Газ сжимает столб дуги, повышая тем самым температуру столба.

Световая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев проводится мощным световые лучем. Классифицируется по виду источника света (солнечная, лазерная, искусственными источниками света).

Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)

Термитная сварка плавлением - сварка плавлением, при которой нагрев металла осуществляется жидким термитным металлом, расплавляющим металл соединяемых деталей в месте образуемого сварного стыка по всему сечению и служащим одновременно и присадочным металлом.

Литейная сварка - сварка плавлением, при которой подготовленное место заливается жидким перегретым металлом, заготовленным в отдельном от изделия контейнере.

Сварка комбинированная

Сварка комбинированная - (термомеханический класс сварки) сварка, осуществляемая с использованием тепловой энергии и давления. Классификация комбинированной сварки приведена на рис.4.

Рис 4. Классификация комбинированной сварки

Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

Виды контактной сварки:

* стыковой контактной сварке свариваемые части соединяют по поверхности стыкуемых торцов.

* точечной контактной сваркой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.

* рельефная контактная сварка осуществляется на отдельных участках по заранее подготовленным выступам - рельефам.

* шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва.

Диффузионная сварка в вакууме имеет следующие преимущества: металл не доводится до расплавления, что даёт возможность получить более прочные сварные соединения и высокую точность размеров изделий; позволяет сваривать разнородные материалы: сталь с алюминием, вольфрамом, титаном, металлокерамикой, молибденом, медь с алюминием и титаном, титан с платиной и т. п.

Прессовая сварка - сварка давлением с равномерным нагревом металла (ниже температуры плавления) и последующим сжатием штампами.

Печная сварка - сварка давлением, при которой нагрев проводится в печах или горцах. Подразделяется на кузнечную сварку, сварку прокаткой и сварку выдавливанием.

Сварка ТВЧ (высокочастотная сварка) - сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляется токами высокой частоты. Нагрев может быть индукционный и конденсаторный.

Термитная сварка давлением - сварка давлением, производимая с нагревом металла в месте образуемого сварного стыка до температуры, близкой к температуре плавления, продуктами реакций горения термита и последующей осадкой на прессе

Сварка давлением

Сварка давлением - (механический класс сварки) сварка осуществляемая с использованием механической энергии и давления. Классификация сварки давлением приведена на рис.5.

Холодная сварка - сварка давлением при значительной пластической деформации (свободной или стесненной) без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла. Классифицируется по форме сварного соединения и по характеру деформации.



Рис 5. Классификация сварки давлением

Сварка взрывом - сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения свариваемых частей. Сварка взрывом близка к холодной сварке, но отличается тем, что в зоне соединения металл нерегулируемо нагревается в результате быстрой пластической деформации.

Ультразвуковая сварка - сварка давлением, аналогичная сварке трением, но осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Классифицируется по форме сварного соединения.

Магнитно-импульсная сварка - сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызванного воздействием импульсного магнитного поля.

3. Устройство, работа и технические характеристики ВД-502

Сварочный выпрямитель - это аппарат, преобразующий переменный ток сети в постоянный ток для сварки.



Виды сварочных выпрямителей:

В зависимости от конструкции силовой части сварочные выпрямители подразделяют на следующие виды:

-регулируемые трансформатором;

-с дросселем насыщения;

-тиристорные;

-с транзисторным регулятором;

-инверторные.

Сварочные выпрямители также классифицируют по типу формируемых вольтамперных характеристик.

При механизированной сварке под флюсом или в защитном газе в сварочных аппаратах с саморегулированием дуги используют однопостовые выпрямители с жесткими внешними характеристиками. Обычно в таких выпрямителях применяется трансформатор с нормальным магнитным рассеянием. Возможные способы регулирования сварочного напряжения:

витковое регулирование - в сварочном выпрямителе с трансформатором с секционированными обмотками;

магнитное регулирование - в выпрямителе с трансформатором с магнитной коммутацией или дросселем насыщения;

фазовое регулирование - в тиристорном выпрямителе;

импульсное регулирование - широтное, частотное и амплитудное регулирование в выпрямителе с транзисторным регулятором и инверторном выпрямителе.

При ручной дуговой сварке применяют выпрямители с падающими внешними характеристиками.

Наиболее распространенные выпрямители для ручной дуговой сварки: серии ВД (ВД-101, ВД-102, ВД-201, ВД-301, ВД-302, ВД-303, ВД-306, ВД-401), типов ВСС-120-4, ВСС-300-3, а также аппараты ВД-502 и ВКС-500, предназначенные для автоматической сварки под флюсом.

Силовая часть выпрямителя состоит из трансформатора и выпрямительного блока с силовыми диодами.

Рис 6. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя с крутопадающими характеристиками, регулируемого трансформатором

Рис 7. Трехфазные трансформаторы с подвижными обмотками и магнитными шунтами

Сварочные выпрямители с дросселем насыщения

Дроссель насыщения применяется в конструкциях выпрямителей, формирующих как падающие, так и жесткие характеристики.

Типичным представителем выпрямителей с дросселем насыщения и крутопадающими внешними характеристиками является сварочный выпрямитель ВД-502.



Рис 8. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя ВД-502

В нем используются силовой трехфазный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием, несимметричный дроссель насыщения, выполненный на трех отдельных сердечниках с одной обмоткой управления, и выпрямительный блок с трехфазной мостовой схемой. Режим работы выпрямителя настраивается за счет изменения индуктивности дросселя насыщения.

Сварочный выпрямитель ВД-502

Назначение:

Сварочный выпрямитель ВД-502 является техническим аналогом ВД-402, но обладающим повышенной токоотдачей, предназначен для использования в качестве источника питания одного сварочного поста при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов от 1,5 до 25 мм постоянным током. Изделие обладает падающей внешней характеристикой и позволяет с высоким качеством производить сварку как тонких металлических покрытий, так и сварку мощных строительных металлоконструкций с высокими техническими характеристиками сварного шва. Комплектация изделия жестким силовым источником тока и системой возбуждения дуги дополнительным напряжением позволяет, достичь надежного начального зажигания дуги, устойчивого процесса горения, эластичности дуги, получит глубокий сварной шов с высокими показателями расплава металла, высокими прочностными характеристиками сварного шва и высокой его стойкостью против коррозии. Изделие имеет встроенную систему защиты от перегрева. Применение принудительной проточной вентиляции дает высокие показатели ПВ при относительно низких габаритных и весовых характеристиках изделия.

Выпрямитель предназначен для работы, как в закрытых помещениях так и на открытых площадках.

Характеристика: вент. t - защита.

4. Устройство и принцип работы сварочного осциллятора

Сварочный осциллятор - это устройство для возбуждения и стабилизации дуги, приспособленное для работы с серийными источниками питания переменного и постоянного тока. Сварочный осциллятор представляет собой искровой генератор затухающих колебаний. Он содержит низкочастотный повышающий трансформатор ПТ, вторичное напряжение которого достигает 2--3 кВ, разрядник, колебательный контур, составленный из емкости, индуктивности, обмотки связи и блокировочного конденсатора. Обмотки, в сварочном осцилляторе образуют высокочастотный трансформатор ВТ. Вторичное напряжение ПТ в начале полупериода заряжает конденсатор и при достижении определенной величины вызывает пробой разрядника. В результате колебательный контур оказывается закороченным и в нем возникают затухающие колебания с резонансной частотой. Эти высокочастотные колебания через обмотку и конденсатор прикладываются к дуговому промежутку. Блокировочный конденсатор предотвращает шунтирование обмоткой дугового промежутка для напряжения источника питания. Изоляцию обмотки сварочного трансформатора от пробоя защищает дроссель, включенный в сварочную цепь. Мощность сварочного осциллятора обычно составляет 250--350 Вт. Длительность импульсов от сварочного осциллятора должна составлять десятки микросекунд.

Осцилляторы обеспечивают наложение тока высокого напряжения и высокой частоты на сварочную цепь. Они разделяются на два типа:

-возбудители сварочной дуги непрерывного действия

-возбудители сварочной дуги импульсного питания

К первым относятся сварочные осцилляторы, которые, работая совместно с источниками питания дуги, обеспечивают ее возбуждение наложением на сварочные провода тока высокого напряжения (3000--6000 В) и высокой частоты (150--250 кГц). Такой ток не представляет большой опасности для сварщика при соблюдении им правил электробезопасности, но дает возможность возбуждать сварочную дугу, не касаясь электродом изделия. Высокая частота обеспечивает спокойное горение дуги даже при малых сварочных токах основного источника. Электрическая схема осциллятора ОСПЗ-201 приведена на рис 9.

Рис 9. Электрическая схема осциллятора, включенного в сварочную цепь параллельно

Как видно из схемы, осциллятор включен в сварочную цепь параллельно и в цепь переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Предохранитель Пр1 обеспечивает безаварийную работу помехозащитного фильтра ПЗ, состоящего из батареи конденсаторов. Высоковольтный низкочастотный трансформатор Т1 повышает напряжение до 6 кВ. На стороне высокого напряжения трансформатора Т1 находится высокочастотный искровой генератор, состоящий из разрядника ФВ, конденсатора Сг и первичной обмотки трансформатора высокой частоты и напряжения Т2. Этот генератор является колебательным контуром, в котором беспрерывно, с большой скоростью, накапливаются в конденсаторе и разряжаются через искровой разрядник импульсы тока высокого напряжения, создавая высокочастотную характеристику трансформатора Т2. Для защиты источника от тока высокого напряжения служит фильтр в виде конденсатора Сп, а предохранитель Пр2 защищает обмотку трансформатора Т2 от пробоев фильтра Сп. Осциллятор может питаться не от сети, а непосредственно от сварочной цепи, что улучшает его свойства.

Таблица 1.

Показатель	ОСПЗ-2М	ОСЦВ-2	М-3	ОСППЗ-300М
Напряжение питающей сети, В, и род тока	220, переменный	65,переменный	200, переменный
Вторичное напряжение холостого хода, В	6000	2300	2600	6000
Род тока дуги	переменный, постоянный	переменный	переменный, постоянный
Включение в сварочную цепь	параллельно	последовательно
Потребляемая мощность, кВт	0,045	0,08	0,14	-
Масса, кг	6,5	16	20	-

Осцилляторы последовательного включения (рис.10) считаются более эффективными, так как не требуют установки в цепи источника специальной защиты от высокого напряжения. Как видно из схемы, катушка 1к включена последовательно со сварочной дугой, остальные обозначения схемы аналогичны рис.9. При работе осциллятора разрядник издает тихое потрескивание; искровой зазор величиной 1,6--2 мм может быть установлен регулировочным винтом, но только при отключенном от сети осцилляторе. Следует иметь в виду, что установка и ремонт осцилляторов требуют более высокой квалификации электротехнического персонала. Основные типы применяемых осцилляторов и их характеристики приведены в табл. 1

При сварке переменным током требуются возбудители с импульсным питанием, которые наряду с первоначальным возбуждением дуги должны способствовать ее зажиганию при смене полярности переменного тока. Казалось бы, что сварочные осцилляторы отвечают этому требованию. Однако они неудовлетворительно выполняют повторные зажигания при смене полярности переменного тока источника, в результате чего действующий сварочный ток колеблется и ухудшается качество сварки. Кроме того, несинхронизированные сварочные осцилляторы создают значительные радиопомехи.

Другим способом бесконтактного возбуждения дуги является применение импульсных генераторов, использующих накопительные емкости, которые заряжаются от специального зарядного устройства и в моменты повторного возбуждения дуги разряжаются на дуговой промежуток. Так как фаза перехода сварочного тока через нуль во время сварки не остается строго постоянной, то для обеспечения надежной работы генератора необходимо устройство, позволяющее синхронизировать разряды емкости с моментами перехода тока дуги через ноль.

5. Электроды, их виды и назначение

При электрической сварке плавлением применяются следующие сварочные материалы: сварочная проволока, неплавящиеся и плавящиеся электродные стержни, покрытые электроды. Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки, регламентируется стандартами. Она классифицируется по группам и маркам стали: низкоуглеродистая - 6 марок, легированная - 30, высоколегированная - 39 марок. Обозначение марок проволоки составляется из сочетания букв и цифр. Первые две буквы «Св» означают - сварочная проволока. Следующие за ними первые две цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента. Далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав проволоки. При содержании легирующих элементов в проволоке до 1 % ставится только буква этого элемента, если содержание легирующих элементов превышает 1 %, то после буквы указывается процентное содержание этого элемента в целых единицах. Например, Св-08ГС расшифровывается следующим образом: Св - сварочная; 0,8 % углерода; до 1 % марганца; до 1 % кремния.

Для плавящихся электродов наиболее распространенным материалом является холоднотянутая калиброванная проволока диаметром 0,3--12,0 мм, а также горячекатаная или порошковая проволока, электродные ленты и электродные пластины. Если в конце марки проволоки стоит буква А, то эта проволока изготовлена из более высококачественной стали (с меньшим содержанием вредных примесей - серы и фосфора). Проволоку поставляют в мотках, намотанную на катушки, или в кассетах. Поверхность проволоки должна быть чистой, без окалины, ржавчины, грязи и масла. Низкоуглеродистая и легированная проволоки подразделяются на неомедненную и омедненную. Омедненная проволока находит все большее применение. По особым требованиям проволоку изготавливают из стали, выплавленной электрошлаковым, вакуум-дуговым или вакуум-индукционным методом.

Различные виды проволоки имели свое условное обозначение: Э - для изготовления электродов; О - омедненная; Ш - полученная из стали, выплавленной электрошлаковым переплавом; ВД - полученная из стали, выплавленной вакуум-дуговым переплавом; ВИ - полученная из стали, выплавленной в вакуум-индукционной печи. К каждому мотку проволоки должна быть прикреплена бирка, в которой указывается завод-изготовитель, марка стали, диаметр проволоки, стандарт. К каждой партии проволоки прилагается документ (сертификат), удостоверяющий соответствие проволоки требованиям стандартов. Стальная сварочная проволока применяется для изготовления покрытых штучных электродов, для сварки под флюсом и в среде защитных газов.

Если сварочная проволока не обеспечивает требуемого химического состава наплавленного металла, то применяют порошковую проволоку. Эта проволока представляет собой низкоуглеродистую стальную оболочку, внутри которой запрессован порошок. Этот порошок состоит из ферросплавов, за счет которых осуществляется легирование металла шва или железный порошок для увеличения наполнения шва. Порошковую проволоку изготавливают сворачиванием ленты в трубку при протяжке ее через калиброванное отверстие (фильеру). В практике находят применение трубчатые и другие конструкции порошковой проволоки.

Более сложные конструкции порошковой проволоки приводят к увеличению глубины противления, уменьшению выгорания полезных примесей (марганца и кремния), снижению содержания кислорода и азота в наплавленном металле, более равномерному плавлению сердечника. По составу сердечника порошковая проволока делится на пять типов: ПП-АН1; ПП-АН7; ПП-2ДСК; ПП-АН10 и ПП-АН9. Из них первые три типа используют для сварки без дополнительной защиты, а два последних - для сварки в углекислом газе.

Рис 11. Некоторые виды конструкций порошковой проволоки: 1 - трубчатая; 2 - с нахлестом; 3, 4 - с загибом в оболочке; 5 - двухслойная

В качестве плавящихся электродов для автоматической наплавки под слоем флюса поверхностей больших размеров и для получения небольшого провара основного металла применяют электродную ленту. Электродная лента изготавливается различного химического состава в зависимости от назначения. Толщина готовой ленты 0,2--1,0 мм и ширина 15--100 мм. Для легирования наплавляемого металла изготовляют порошковую ленту.



Рис 12. Порошковая лента: 1 - нижняя лента; 2 - верхняя лента; 3 - шихта.

Неплавящиеся электродные стержни изготавливают из электротехнического угля или синтетического графита, а также из вольфрама. Угольные и графитовые электроды имеют форму цилиндрических стержней диаметром 5--25 мм и длиной 200--300 мм. Конец электродов затачивается на конус.

Графитовые электроды более электропроводны и обладают большей стойкостью против окисления на воздухе при высоких температурах. Это позволяет применять повышенную плотность тока и сократить расход электродов.

Наиболее широкое применение имеют вольфрамовые электроды. Они изготавливаются из чистого вольфрама или с различными присадками следующих марок: ЭВЧ, ЭВЛ, ЭВИ-1, ЭВИ-2. Наличие присадок (1--3 %) обеспечивает улучшенное зажигани дуги, повышает стойкость электрода при повышенной плотности тока. Электроды из вольфрама с активизирующими присадками применяют для сварки переменным и остоянным током прямой и обратной полярности. Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой металлический стержень, на поверхност котороо методом окунания или опрессовкой под давлением наносится покрытие (обмазка) определенного состава и толщины.

Покрытие должно обеспечить устойчивое горение дуги, получение металла шва требуемого химического состава и свойств и др.

Эти требования обеспечиваются материалами электродного стержня и покрытия, в состав которых входят стабилизирующие, шлакообразщираскислие, легирующие и другие вещества.

Стабилизирующие вещества предназначены для обеспечения устойчивого горения дуги. Этого достигают введением в покрытие материалов, содержащих соединения щелочных и щелочоземельных металлов: калия (К), натрия (Na), кальция (Са), которые обладают низким потенциалом ионизации, что обеспечивает устойчивое зажигание и горение дуги. Такими материалами являются поташ, кальцинированная сода, полевой шпат, мел, мрамор и другие известняки.

Шлакообразующие вещества при расплавлении образуют шлак, который защищает капли электродного металла и сварочную ванну от атмосферных газов. К ним относятся: марганцевая руда, гематит, гранит, мрамор, магнезит, кремнезем, полевой шпат, плавиковый шпат и др.

Раскисляющие вещества восстанавливают часть металла, находящегося в расплавленном состоянии в виде окислов.

Достигается это за счет элементов и компонентов, имеющих большее, чем железо, сродство к кислороду и другим элемента, окислы которых необходимо удалить (вывести) из металла шва. С этой целью в покрытие вводятся ферромарганец, ферросилиций, ферротитан.

Легирующие вещества дополняют металл шва такими элементами, которые придают ему повышенную прочность, износоустойчивость, коррозионную стойкость и т. д. В основном в качестве легирующих элементов используют ферросплавы и значительно реже - чистые металлы.

Газообразующие вещества при нагревании разлагаются и образуют газы, которые оттесняют атмосферные газы от плавильной зоны и обеспечивают дополнителную защиту расплавленного металла. В качестве газообразующих веществ используются: крахма, декстрин, оксицеллюлоза, древесная мука, мрамор, магнезит, доломит.

Связующие и цементирующие добавки связывают порошковые материалы покрытия в однородную, вязкуюмассу и цементируют покрытие на электродном стержне, чтобы после сушки покрытие не осыпалось. Хорошими связующими материалами являются натриевое жидкое стекло (Na20-Si02) и калиевое жидкое стекло (K20-Si02). В качестве добавок применяют и другие элементы-пластификаторы, например: бентонит каолин, силканую глыбу.

Типы электродов для ручной дуговой сварки углеродистых, низколегированных, конструкционных и других сталей обозначаются буквой Э, затем следуют цифры, указывающие прочностную характеристику наплавленного металла.

Например, обозначение Э-42 означает, что электроды этого типа обеспечивают минимальное временное сопротивление 420 МПа.

Если в обозначении после цифр стоит буква А, это означает, что этот тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла.

Наряду с типами электроды различают по маркам, которые указаны в паспорте. Одному типу электродов могут соответствовать несколько марок, например: электродам типа Э-46 соответствуют марки АНО-4, МР-3 и др.; для электродов типа Э-42А соответствуют марки УОНИ-13/45 и СМ-11.

Покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки подразделяются по назначению на группы: 1) для сварки углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей обозначаются буквой У; 2) для сварки легированных сталей - Л; 3) для сварки теплоустойчивых сталей - Т; 4) для сварки высоколегированных сталей - В; 5) для наплавки поверхностных слоев - Н.

Электроды подразделяются по толщине покрытия с обозначением соответствующими буквами: М - с тонким покрытием, С - со средним покрытием, Д - с толстым покрытием, Г - с особо толстым покрытием.

Таблица 2. Типы электродов для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, химический состав наплавленного металла и механические свойства выполненного ими металла шва, наплавленного металла и сварного соединения

В зависимости от состава покрытия электроды подразделяют по его виду: А (кислое покрытие), Б (основное покрытие), Ц (целлюлозное покрытие), Р (рутиловое) и П (покрытие прочих видов).

По допустимым пространственным положениям сварочные электроды подразделяют на группы: 1) для всех положений; 2) для всех положений, кроме сварки вертикальной «сверху вниз»; 3) для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального «снизу вверх»; 4) для нижнего и нижнего «в лодочку».

Перед сваркой необходимо ознакомиться с надписью на этикетке пачки.

На этикетке упаковочной пачки для электродов должна быть аналогичная надпись, но с более подробными сведениями. Например:



Эта запись условного обозначения электродов означает следующее: тип электрода Э42А - прочностная характеристика в = 420 МПа; марка электрода УОНИ-13/45; диаметр электрода 3 мм; назначение электрода У - для сварки углеродистых и низколегированных сталей; толщина покрытия Д - с толстым покрытием; Е432(5) - группа индексов, показывающих характеристики наплавленного металла и металла шва; вид покрытия Б - основное; допустимые пространственные положения при сварке 1 - для всех положений;род тока при сварке = - постоянный, ОП - обратная полярность.

6. Техника сварки короба для дверей из профильной трубы (Ст3, h= 2000 мм, w= 1000мм )

Характеристика металла Ст3 : сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, используется в несущих элементах сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

Трубы стальные различают по форме поперечного сечения: обычные трубы стальные (кольцевое сечение) и профильные трубы стальные (квадратные, прямоугольные, овальные, плоскоовальные трубы). Профильная труба квадратная находит свое применение в машиностроении и металлообработке.

S - толщина стенки профильной трубы;

a - наружный размер профильной трубы

b- наружный размер профильной трубы



Рис 13. Профильная труба стальная прямоугольная

S=6мм, a=120мм, b=160

Для изготовления короба под двери понадобятся следующие материалы:

1. профильная труба 160-120-6 мм. -6м

2. электрод АНО-4 (д. 3)- 8 шт.

3. круг отрезной - 1 шт.

Использованное оборудование:

1. слесарный стол для сборки

2. угловая шлиф-машинка

3. рулетка измерительная

4. сварочный трансформатор ТДМ-250

5. слесарный инструмент

Технологический процесс

1. Возьмем профильную трубу 160-120мм. и отрежем 2 куска по размеру(2000мм) двери по высоте. Затем отрежем 2 куска по ширине, размер 1000мм. так как куски по ширине мы будем закладывать между кусками, нарезанными по длине.

Нарезку трубы следует выполнять очень точно во всех плоскостях, идеально для этого подойдёт отрезной станок, если же такового нет, то можно прочертить профильную трубу с помощью уголка со всех четырёх сторон и резы выполнять, поворачивая трубу прорезая каждую грань.

2. После того как мы нарезали коробку будущей двери, выкладываем её на ровную поверхность и проверяем диагонали, они должны быть равны с точностью до 2мм. Проверяем, в плоскости она находится, или нет, если нет, подкладываем под углы подкладки.

3. После того как мы выложили коробку и проверили плоскость, и диагонали приступаем к сварке. Выставляем силу сварочного тока 120 А и делаем прихватки всех четырёх углов. Именно прихватки, так как если проварить угол сразу всю коробку уведёт нагревом и придется её переделывать. Прихватываем с верху и с торца пониже иначе разойдется шов снизу. Теперь можно полностью обварить и зачистить швы.



Далее идет технологический процесс изготовления металлических дверей.

7. Дефекты сварных швов и методы их контроля

Наружные дефекты.

К наружным дефектам относится нарушение размеров и формы шва, подрезы и другие отклонения, которые могут быть обнаружены при внешнем осмотре сварного соединения.

Непровар - местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между основным и наплавленным металлом или отдельными слоями шва при многослойной сварке. Причинами непровара является некачественная подготовка свариваемых кромок (окалина, ржавчина, малый зазор, излишнее притупление и т.д.), большая скорость сварки, смещение электрода с оси стыка, недостаточная сила тока. Большие непровары корня шва могут снизить прочность до 70%.

Подрез - дефект, наиболее часто встречающийся при сварке. Он выражен по линии углубления сварного шва с основным металлом. В результате подреза происходит местное изменение толщины основного металла, что приводит к снижению прочности. Особенно опасен подрез, когда он расположен перпендикулярно действующим рабочим напряжением. Подрез возникает обычно при повышенном напряжении дуги с завышенной скоростью сварки, когда одна из кромок проплавляется глубже, жидкий металл стекает на горизонтальную плоскость и его не хватает для заполнения канавки. При сварке угловых швов подрезы возникают в основном из за смещения электрода в сторону вертикальной стенки ,что вызывает значительный разогрев, плавление и стекание металла на горизонтальную полку. В стыковых швах подрезы образуются при сварке на больших токах и при неправильном положении присадочного материала. К подрезу могут привести увеличенные углы разделки кромок.

Наплыв проявляется в виде натекания металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним. Наплывы резко изменяют очертания швов и тем самым снижают выносливость конструкции. Чаще всего наплывы возникают при сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости. При сварке кольцевых поворотных стыков наплывы могут возникать при неправильном расположении электрода относительно оси шва.

Прожог - сквозное проплавление обычно возникает из-за большого тока при малой скорости сварки. Появляется он в виде сквозного отверстия в сварочном шве, которое возникает в результате утечки сварной ванны. При многослойной сварке прожог возникает в процессе выполнения первого прохода шва. Причинами прожога могут стать - завышенный зазор между свариваемыми кромками, недостаточная толщина подкладки или не плотное ее прилегание к основному металлу, что создает предпосылку для утечки сварочной ванны. Дефект обнаруживается визуально и переваривается после предварительной зачистки.

Незаваренные кратеры -дефект сварного шва, который образуется в виде углублений в местах резкого отрыва дуги в конце сварки. В углублениях кратера могут появляться усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины. Кратеры обычно появляются в результате неправильных действий сварщика. Кратеры часто являются причиной развития трещины и поэтому недопустимы.

Поверхностное окисление - окалина или пленка оксидов на поверхности сварного соединения. Поверхностное окисление зависит от плохой защиты сварочной ванны, качества подготовки свариваемых кромок, большим вылетом электрода.

Свищ - воронкообразное углубление в сварочном шве, развивающееся из раковины или большой поры. Дефек обнаруживается визуально и подлежит переварке.

Внутренние дефекты

Трещины бывают холодные и горячие. Трещины могут быть как наружными так и внутренними. Это самый опасный дефект сварного соединения, часто приводящий к его разрушению. Проявляются они в виде разрыва в сварном шве или в прилегающих к нему зонах. Сначала трещины образуются с очень малым раскрытием, но под действием напряжений их распространение может быть соизмеримо со скоростью звука, в результате чего происходит разрушение конструкции. Вероятность появления трещин увеличивается при жестком закреплении свариваемых деталей.

Горячие трещины появляются в процессе кристаллизации металла при температурах 1100-13000 С вследствие резкого снижения пластических свойств и развития растягивающих деформаций. Появляются горячие трещины на границах зерен кристаллической решетки. Горячие трещины могут возникать как в массиве шва, так и в зоне термического влияния. Распространяться трещины могут как вдоль так и поперек шва. Они могут быть внутренними или выходить на поверхность.

Холодные трещины возникают при температуре ниже 1200 С, тоесть сразу после остывания шва. Холодные трещины могут возникнуть и через длительный промежуток времени.

Поры представляют собой полости внутри шва, заполненные неуспевшим выделиться газом (в первую очередь водородом). Они могут быть округлой или вытянутой формы, и их размеры зависят от размером пузырьков образовавшихся газов. Поры могут быть одиночными или развиваться целой цепочкой вдоль сварочного шва. Поры могут появляться при нарушениях защиты сварочной ванны, повышенной скорости сварки. Основной причиной появления пор при сварке плавящимся электродом является отсыревание покрытия. Одиночные поры не опасны , но их цепочка влияет на прочность сварного соединения.

Шлаковые включения - это дефекты сварочного шва, выраженные в наличии полостей, заполненных неуспевшим всплыть шлаком. Шлаковые влючения могут иметь до нескольких десятков миллиметров и поэтому являются очень опасными.

Вольфрамовые включения возникают при нарушении защиты сварочной ванны при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом.

Оксидные включения - образуются в результате образования трудносвариваемых пленок. Чаще всего они возникают вследствие значительных поверхностных загрязнений или при нарушениях защиты сварочной ванны. Являясь прослойкой в массиве шва, оксидные включения резко снижают прочность сварного соединения и могут привести к его разрушению под приложенной в процессе эксплуатации нагрузкой.

Методы контроля сварных соединений и швов

Неразрушающие методы контроля сварных соединений

Существует десять неразрушающих методов контроля сварных соединений, которые применяют в соответствии с техническими условиями. Вид и количество методов зависят от технической оснащенности сварочного производства и ответственности сварного соединения.

Внешний осмотр - наиболее распространенный и доступный вид контроля, не требующий материальных затрат. Данному контролю подвергают все виды сварных соединений, несмотря на использования дальнейших методов. При внешнем осмотре выявляют практически все виды наружных дефектов. При этом виде контроля определяют непровары, наплывы, подрезы и другие дефекты, доступные обозрению. Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или используют лупу с 10-ти кратным увеличением. Внешний осмотр предусматривает не только визуальное наблюдение, но и обмер сварных соединений и швов, а также замер подготовленных кромок. В условиях массового производства существуют специальные шаблоны, позволяющие с достаточной степенью точности измерить параметры сварных швов.

В условиях единичного производства сварные соединения обмеряют универсальными мерительными инструментами или стандартными шаблонами. сварочный осциллятор ультразвуковой дефект

Непроницаемость емкостей и сосудов, работающих под давлением, проверяют гидравлическими и пневматическими испытаниями. Гидравлические испытания бывают с давлением, наливом или поливом водой. Для испытания наливом сварные швы сушат или протирают насухо, а емкость заполняют водой так, чтобы влага не попала на швы. После наполнения емкости водой все швы осматривают, отсутствие влажных швов будет свидетельствовать об их герметичности.

Испытаниям поливом подвергают громоздкие изделия, у которых есть доступ к швам с двух сторон. Одну сторону изделия поливают водой из шланга под давлением и проверяют герметичность швов с другой стороны.

При гидравлическом испытании с давлением сосуд наполняют водой и создают избыточное давление, превышающее в 1,2-2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдерживают в течение 5 - 10 минут. Герметичность проверяют по наличию влаги наливах и величине снижения давления. Все виды гидравлических испытаний проводят при положительных температурах.

Пневматические испытания в случаях, когда невозможно выполнить гидравлические испытания. Пневматические испытания предусматривают заполнение сосуда сжатым воздухом под давлением, превышающим на 10-20 кПа атмосферное или 10 - 20% выше рабочего. Швы смачивают мыльным раствором или погружают изделие в воду. Отсутствие пузырей свидетельствует о герметичности. Существует вариант пневматических испытаний с гелиевым течеискателем. Для этого внутри сосуда создают вакуум, а снаружи его обдувают смесью воздуха с гелием, который обладает исключительной проницаемостью. Попавший внутрь гелий отсасывается и попадает на специальный прибор -течеискатель, фиксирующий гелий. По количеству уловленного гелия судят о герметичности сосуда. Вакуумный контроль проводят тогда, когда невозможно выполнить другие виды испытаний.

Герметичность швов можно проверить керосином. Для этого одну сторону шва при помощи пульверизатора окрашивают мелом, а другую -смачивают керосином. Керосин имеет высокую проникающую способность, поэтому при неплотных швах обратная сторона окрашивается в темный тон или появляются пятна.

Химический метод испытания основан на использовании взаимодействия аммиака с контрольным веществом. Для этого в сосуд закачивают смесь аммиака (1%) с воздухом, а швы проклеивают лентой, пропитанной 5%-ным раствором азотнокислой ртути или раствором фенолфталеина. При утечках цвет ленты меняется в местах проникновения аммиака.

Магнитный контроль. При этом методе контроля дефекты швов обнаруживают рассеиванием магнитного поля. Для этого к изделию подключают сердечник электромагнита или помещают его внутрь соленоида. На поверхность намагниченного соединения наносят железные опилки, окалину и т.д., реагирующие на магнитное поле. В местах дефектов на поверхности изделия образуются скопления порошка, в виде направленного магнитного спектра. Чтобы порошок легко перемещался под воздействием магнитного поля, изделие слегка постукивают, придавая мельчайшим крупинкам подвижность. Поле магнитного рассеивания можно фиксировать специальным прибором, называемым магнитографическим дефектоскопом. Качество соединения определяют методом сравнивания с эталонным образцом. Простота, надежность и дешевизна метода, а главное его высокая производительность и чувствительность позволяют использовать его в условиях строительных площадок, в частности при монтаже ответственных трубопроводов.

Радиационный контроль позволяет обнаружить в полости шва дефекты, невидимые при наружном осмотре. Сварной шов просвечивают рентгеновским или гамма-излучением, проникающим через металл (рис.14), для этого излучатель (рентгеновскую трубку или гамма-установку) размещают напротив контролируемого шва, а с противоположной стороны - рентгеновскую пленку, установленную в светонепроницаемой кассете.

Рис 14. Радиационный контроль

А-рентгеновское излучение; Б-гамма-излучение 1-экраны усиливающие; 2-рентгеновская пленка; 3-кассета -рентгеновское излучение; 5-рентгеновская трубка; 6-гамм излучение; 7-свинцовый кожух; 8-ампулу радиоактивного вещества.

Лучи, проходя через металл, облучают пленку, оставляя в местах дефектов более темные пятна, так как дефектные места обладают меньшим поглощением. Рентгеновский метод более безопасен для работающих, однако его установка слишком громоздка, поэтому он используется только в стационарных условиях. Гамма-излучатели обладают значительной интенсивностью и позволяют контролировать металл большей толщины. Благодаря портативности аппаратуры и дешевизне метода этот тип контроля широко распространен в монтажных организациях. Но гамма-излучение представляет большую опасность при неосторожном обращении, поэтому пользоваться этим методом можно только после соответствующего обучения. К недостаткам радиографического контроля относят тот факт, что просвечивание не позволяет выявить трещины, расположенные не по направлению основного луча.

Наряду с радиационными методами контроля применяют рентгеноскопию, то есть получение сигнала о дефектах на экране прибора. Этот метод отличается большей производительностью, а его точность практически не уступает радиационным методам.

Ультразвуковой метод (рис.15) относится к акустическим методам контроля, обнаруживающим дефекты с малым раскрытием: трещины, газовые поры и шлаковые включения, в том числе и те, которые невозможно определить радиационной дефектоскопией. Принцип его действия основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред. Наибольшее распространение получил пьезоэлектрический способ получения звуковых волн. Этот метод основан на возбуждении механических колебаний при наложениях переменного электрического поля в пьезоэлектрических материалах, в качестве которых используют кварц, сульфат лития, титанат бария и др.



Рис 15. Схема ультразвукового контроля: 1 -генератор ультразвуковых колебаний; 2-пьезоэлектрический щуп; 3-усилитель; 4-экран дефектоскопа.

Для этого с помощью пьезометрического щупа ультразвукового дефектоскопа, помещаемого на поверхность сварного соединения, в металл посылают направленные звуковые колебания. Ультразвук с частотой колебаний более 20 000 Гц вводят в изделие отдельными импульсами под углом к поверхности металла. При встрече с границей раздела двух сред ультразвуковые колебания отражаются и улавливаются другим щупом. При однощуповой системе это может быть тот же щуп, который подавал сигналы. С приемного щупа колебания подаются на усилитель, а затем усиленный сигнал отражается на экране осциллографа. Для контроля качества сварных швов в труднодоступных местах в условиях строительных площадок используют малогабаритные дефектоскопы облегченной конструкции.

К преимуществам ультразвукового контроля сварных соединений относят: большую проникающую способность, позволяющую контролировать материалы большой толщины; высокую производительность прибора него чувствительность, определяющую местонахождение дефекта площадью 1 -2 мм2. К недостаткам системы можно отнести сложность определения вида дефекта. Поэтому ультразвуковой метод контроля иногда применяют в комплексе с радиационным.

Разрушающие методы контроля сварных соединений

К разрушающим методам контроля относятся способы испытания контрольных образцов с целью получения необходимых характеристик сварного соединения.

Эти методы могут применяться как на контрольных образцах, так и на отрезках, вырезанных из самого соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.

Механические испытания являются одним из основных методов разрушающего контроля. По их данным можно судить о соответствии основного материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.

К механическим испытаниям относят:

испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение;

статический изгиб;

ударный изгиб (на надрезанных образцах);

на стойкость против механического старения;

измерение твердости металла на различных участках сварного соединения.

Контрольные образцы для механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и тем же сварщиком, что и основное изделие.

В исключительных случаях контрольные образцы вырезают непосредственно из контролируемого изделия. Варианты образцов для определения механических свойств сварного соединения показаны на рис.16.



Рис 16. Варианты образцов для определения механических свойств (размеры в мм): А-Б-на растяжение наплавленного металла (А) и сварного соединения(Б); В-на изгиб; Г-на ударную вязкость.

Статическим растяжением испытывают прочность сварных соединений, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Статический изгиб проводят для определения пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом.

Ударный изгиб - испытание, определяющее ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости можно судить о прочностных характеристиках, структурных изменениях металла и об устойчивости сварных швов против хрупкого разрушения. В зависимости от технических условий изделие может подвергаться ударному разрыву. Для труб малого диаметра с продольными и поперечными швами проводят испытания на сплющивание. Мерой пластичности служит величина просвета между поджимаемыми поверхностями при появлении первой трещины.

Металлографические исследования сварных соединений проводят для установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла и его пластичности.

...