Теория сварочных напряжений и деформаций
Технологии изготовления и эксплуатации сварных конструкций. Деформации и напряжения в металле сварных конструкций. Влияние деформаций, напряжений и перемещений в сварных соединениях и конструкциях на их прочность, жесткость и коррозионную стойкость.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | книга |
Язык | русский |
Дата добавления | 08.04.2010 |
Размер файла | 374,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Распространение тепла при приложении мощных быстродвижущихся источников
В связи с широким применением автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом резко возрастают эффективная тепловая мощность источников сварочного нагрева и скорость сварки. Эти изменения в характере приложения тепла существенно изменяют картину распределения тепла вокруг движущегося источника. По мере увеличения скорости v перемещения точечного или линейного источника тепла при пропорциональном увеличении его мощности q размеры зон, нагретых до определенной температуры, увеличиваются. При этом длина зоны увеличивается пропорционально скорости, а ширина возрастает только до некоторого предела, после чего не увеличивается. Чем выше скорость, тем более вытянуты изотермы и тем более они сдвинуты в область, уже пройденную дугой; тепло впереди дуги практически не распространяется. Нагретая область располагается узкой полосой вдоль пути перемещения источника нагрева; тепло почти не распространяется впереди источника и очень медленно - позади источника; все тепло практически отводится в направлении, перпендикулярном оси перемещения источника тепла. Указанная особенность позволяет весьма просто получить расчетные уравнения, исходя из следующих соображений. Если на изделии выделить несколько слоев, параллельных прямым 1-1, 2-2, 3-3 и т. д. , то видно, что тепло в них будет распространяться почти одинаково и независимо от распространения тепла в соседних слоях; теплообмен между ними отсутствует ввиду отсутствия, практически, перепада температуры. Очевидно, что, поскольку тепло впереди дуги не распространяется, в каждом таком слое распространение тепла начинается только с того момента, когда источник тепла приходит в пределы рассматриваемого слоя. Следовательно, случай распространения тепла в массивном изделии при наплавке валика автоматом или полуавтоматом можно свести к распространению тепла в отдельных элементарных слоях массивного изделия толщиной dx от мгновенно действующего линейного источника эффективной тепловой мощностью
Q = 2qdt,
движущегося с постоянной скоростью v. Коэффициент 2 здесь учитывает отсутствие второй половины пластины. Из рисунка видно, что
dx = vdt.
На основе проведенных опытов Н. Н. Рыкалин показал, что формулами можно пользоваться и для ручной сварки при расчетах, связанных с определением структурных изменений в основном металле (т. е. в зонах, расположенных позади дуги), и при расчетах сварочных напряжений и деформаций.
Приложение теории распространения тепла при сварке к решению некоторых практических задач
Основные задачи, которые решаются на основе теории распространения тепла при сварке, обычно сводятся к расчетам: а) температурных полей для определения тепловых деформации изделия при расчете сварочных деформаций и напряжений; б) максимальных температур, длительности времени выдержки металла выше некоторой определенной температуры; в) мгновенных скоростей охлаждения. Расчеты по пп. «б» и «в» производятся или в связи с определением ожидаемых структурных изменений основного металла при сварке, или в связи с разработкой технологического процесса регулирования структурных изменений. Расчет максимальных температур. При перемещении по телу подвижного источника тепла температура отдельных точек изменяется во времени. При прохождении источника тепла она быстро возрастает, достигает максимума, а затем начинает убывать, стремясь к температуре окружающей среды. Такое изменение температуры во времени в данной точке тела называется термическим циклом в рассматриваемой точке. По уравнениям процесса распространения тепла строят графики зависимости температуры и скорости охлаждения от времени для некоторой рассматриваемой точки. Зная температуру, для которой необходимо определить скорость охлаждения, по графику находят время, исходя из которого по второму графику f(t) находят мгновенную скорость охлаждения. При сварке многослойных швов термический цикл и соответственно максимальная температура, длительность перегрева и мгновенная скорость охлаждения определяются с учетом ряда других факторов. Пользуясь кривой термического цикла, можно легко определить также длительность перегрева металла точки выше критической температуры (такой перегрев может привести к росту зерна).
Автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса валков прокатных станов
За последние два-три года большое распространение получили электродуговые способы наплавки быстроизнашивающихся деталей. Особенно широко начинает применяться наплавка износостойкими материалами. Наплавка быстроизнашивающихся деталей с успехом может быть использована как при изготовлении новых деталей, так и при восстановлении их после износа. Применение наплавки износостойкими материалами при первичном изготовлении деталей позволяет в качестве основного материала использовать наиболее дешевые марки стали. Наплавка как процесс восстановления необходимых геометрических размеров деталей после износа резко сокращает потребность в изготовлении новых быстроизнашивающихся деталей. С учетом этого были проведены работы по внедрению в производство автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса ряда деталей, объем потребления которых на заводе велик, а изготовление вновь требует значительных затрат металла и трудоемкости. К таким деталям относятся рабочие валки крупносортного, среднесортного, мелкосортного и листового прокатных станов, бегунки и колеса тележек мостовых кранов. Для выполнения работ по наплавке изношенных валков прокатных станов заводом была спроектирована специальная установка. Она включает в себя механизм вращения валка, люнеты для поддержки валков, сварочную головку АБС, источник питания сварочной дуги, электронагреватель кольцевой формы и источник питания электронагревателя. В качестве механизма вращения использован вальце-токарный станок, который для дальнейшего его использования по назначению был непригоден. Сварочная головка АБС подвешена на направляющих, укрепленных на двух сварных стойках. Скорость передвижения сварочной головки изменяется перестановкой сменных шестерен. Управление подачей проволоки во время наплавки и передвижением головки вдоль оси наплавляемого валка кнопочное. Перемещение головки поперек валка и изменение угла наклона подачи электродной проволоки осуществляются вручную соответствующими маховичками. Изменение положения сварочной головки и регулировка вылета электродной проволоки производятся электродвигателем через кнопочный пульт. Сварочная головка оборудована бункером для засыпки флюса и пневматическим флюсоуборочным устройством. Электронагреватель изготовлен разъемным из двух полукорыт; нижнее полукорыто устанавливается на тележку и может быть легко перемещено для подогрева любого участка валка. Валок, подлежащий наплавке, укладывается на два люнета, которые являются точками опоры валка. Люнеты могут быть свободно передвинуты по направляющим станка и установлены в зависимости от длины валка, подлежащего наплавке. Вращательное движение от механизма вращения на валок передается через накидную муфту. Заводом использован имевшийся вальцетокарный станок, а поэтому, вне зависимости от наплавляемой поверхности, ось валка всегда горизонтальна, что вызывает определенные трудности при наплавке на вертикальных плоскостях ручья. Эти трудности на ряде заводов успешно устранены за счет применения более сложной конструкции установки, обеспечивающей изменение угла наклона оси валка относительно горизонта. Все валки, подлежащие наплавке, очищаются от мазута, графита, грязи, ржавчины. Очистка производится до металлического блеска щеткой, наждачным камнем или на токарном станке снятием тонкого слоя металла. Валки, наплавляемые заново, в первый раз предварительно обтачивают на вальцетокарном станке. Толщина удаляемого слоя по всей поверхности составляет 5--6 мм. Все валки, ранее подвергавшиеся наплавке и изношенные при работе в стане, подлежат подготовке в зависимости от износа. Валки, на поверхности которых имеются мелкие растрескивания термического характера, бороздки, вмятины и равномерный износ, подлежат наплавке без предварительной обточки. Валки, на поверхности которых имеются трещины, крупные раковины, обтачиваются до удаления дефектов. Подготовленный таким образом валок передается для наплавки. В зависимости от длины валка, подлежащего наплавке, устанавливают люнеты и нижнюю часть подогревателя. Муфту сцепления сдвигают к механизму вращения, а сварочную головку--в одно из крайних положений. Валок устанавливают шейками на люнеты и муфтой соединяют с механизмом вращения. Для обеспечения устойчивого горения дуги и равномерности толщины и ширины наплавляемых валиков валок проверяют на биение. Допускается биение не более 0,3 мм. Перед наплавкой валки подвергаются предварительному подогреву. Последовательность подогрева тех или иных участков валка устанавливается в соответствии с принятой послеаовательностью наплавки. Практически это производится так, чтобы время, затрачиваемое на подогрев последующих участков, не увеличивало общего никла наплавки и подогрев происходил одновременно с наплавкой ранее подогретого участка. Температура подогрева (350--370°С при наплавке порошковой проволокой и 200--250°С при наплавке проволокой ЗОХГСА) контролируется термокарандашом. Для наплавки валков используются сварочная пронолока ЗОХГСА и порошковая проволока ПП-ЗХ2В8. Наплавка производится под слоем флюса АН-20 или ОСЦ-45 (возможно применение флюса марки АН-348). Применяемый для наплавки флюс должен быть сухим. В случае увлажнения флюс подвергается перекалке при температуре 300--400°С. Применение для наплавки порошковой проволоки требует проведения перед механической обработкой наплавленного металла термической обработки--отжига. Режим отжига--нагрев валка до температуры 380--420°С, выдержка в течение 15--25 мин. и последующее медленное охлаждение. При наплавке на бочку валка электрод должен подаваться вертикально со смещением от оси вращения валка на 30--40 мм. При наплавке вертикальных стенок калибра электрод подается к наплавляемой плоскости под углом 30--45°. После окончания наплавки валок охлаждается медленно. Наряду с практическим использованием процесса автоматической наплавки под слоем флюса с указанными сварочными материалами, проводятся работы по использованию для восстановления изношенных деталей и увеличения стойкости наплавленной поверхности обычной сварочной проволоки марки СВ-08 и СВ-08А. Легирование металла шва и обеспечение необходимых свойств наплавленного металла будет обеспечиваться за счет применения керамических флюсов. Внедрение в производство наплавки как способа восстановления изношенных валков прокатных станов, колес и бегунков крановых тележек позволило заводу „Красное Сормово" получить экономию денежных средств. Наряду с восстановлением автоматической наплавкой под слоем флюса валков прокатных станов этот процесс широко используется также для восстановления изношенных крановых бегунков и колес. В качестве сварочных материалов используется сварочная проволока СВ-08А и флюс ОСЦ-45. Наплавка выполняется автоматом АДС-1000-2, который смонтирован стационарно на специальном приспособлении, обеспечивающем перемещение его вверх--вниз, вправо--влево, вперед--назад. Вращение наплавляемого бегунка осуществляется вокруг горизонтальной оси с помощью несложного механизма вращения. Сам процесс наплавки несложен и аналогичен-приведенному выше. Внедрение автоматической дуговой наплавки под слоем флюса изношенных колес и бегунков взамен ручной наплавки позволило организовать централизованный участок по восстановлению этих деталей, резко сократить трудовые затраты и расход материалов, значительно улучшить качество наплавленного слоя металла.
Нагрев и расплавление электрода
Наряду с определением характера нагрева изделия важное значение имеет определение характера нагрева и плавления электрода. Нагрев и плавление электрода при электродуговой сварке осуществляются двумя основными источниками: во-первых, дугой, сосредоточенной на оплавляемом конце электрода и, во-вторых, электрическим током, проходящим по электродному стержню. Нагрев током происходит на всей длине электрода от точки присоединения токоподводящего контакта (зажима электрододержателя) до торца электрода. Количество теплоты, выделяемое при прохождении тока на единице длины стержня электрода за время dt, в соответствии с законом Джоуля - Ленца может быть описано уравнением. При этом имеет место неравномерность в распределении теплоты по длине стержня, в связи с чем величина р является переменной. Выделившаяся теплота Q идет на повышение температуры самого стержня, на повышение температуры покрытия и, наконец, некоторая часть ее теряется в окружающую среду через боковую поверхность электрода. Нагрев током способствует повышению скорости плавления и соответственно производительности процесса сварки. Что касается нагрева электрода дугой, сосредоточенной на его конце, то теплота от нее распространяется по стержню на весьма небольшую длину (8-10 мм). Это объясняется значительной скоростью плавления электрода и относительно небольшой теплопроводностью стали. Вследствие концентрированного нагрева дугою температура этого участка быстро достигает точки плавления и на конце стержня образуется капля, металл которой оказывается перегретым до постоянной температуры, равной примерно 2300° С. Мгновенная производительность зависит от режима сварки, а также применяемых материалов. Количественные характеристики процесса плавления электрода при дуговой сварке впервые исследовал проф. В. П. Вологдин еще в 1929 г. В результате исследований процесса ручной сварки разными электродами при малой плотности тока (10-12 а/мм2) он установил, что производительность расплавления при ручной сварке, главным образом, зависит от силы сварочного тока и значительно меньше от других параметров режима сварки. Для характеристики производительности процесса В. П. Вологдин предложил два показателя, названные им коэффициентом расплавления и коэффициентом наплавки, относя эти коэффициенты к условной силе тока 1 a и времени горения дуги 1 час. При ручной сварке под током находится весь стержень электрода длиной 400-450 мм, что вызывает его быстрый нагрев. При чрезмерном нагреве отдельные компоненты покрытия могут преждевременно выгореть, что ухудшит качество сварки и, кроме того, стержень может плавиться неравномерно. Поэтому по соображениям сохранения качества сварки электроды с органическими компонентами в покрытии не должны нагреваться выше 400° С, а с неорганическими покрытиями - выше 700° С. Такое ограничение температуры нагрева ограничивает допустимую плотность тока при ручной сварке величиной 10-18 а/мм2. Сравнительно небольшой диапазон допустимых плотностей тока приводит к тому, что коэффициенты расплавления при ручной сварке изменяются мало. При автоматической и полуавтоматической сварке под током находится небольшой по длине участок электрода (25-50 мм); кроме того, наличие флюса обеспечивает правильное формирование шва и отсутствие разбрызгивания металла даже при резком возрастании сварочного тока. В силу указанного обстоятельства оказывается возможным значительно увеличить производительность плавления электрода за счет резкого увеличения плотности тока. При ручной сварке не весь расплавленный металл электрода поступает на формирование шва; часть этого металла теряется в виде брызг и угара (8-12%); при автоматической и полуавтоматической сварке потери значительно меньше (1-2%). Коэффициент наплавки определяет вес металла (в граммах), наплавляемого за 1 час непрерывного горения дуги при условной силе тока 1а (имеется в виду вес металла, идущего непосредственно на формирование шва). При автоматической и полуавтоматической сварке обычно пренебрегают потерями и пользуются только понятием коэффициента расплавления. Для оценки общей трудоемкости сварки вводится еще понятие о коэффициенте использования сварочного поста по времени. Он представляет отношение времени горения дуги к общей продолжительности рабочего дня.
Электрическая дуга
Сущность явления дуги. Источником нагрева при дуговой сварке является электрическая дуга. Газы обычно не проводят электричества, т. е. являются хорошими изоляторами. Газ, находящийся между электродами, состоит только из электрически нейтральных молекул; носители зарядов в нем отсутствуют. Для создания проводимости газов необходимо наличие ионов и электронов, т. е. носителей заряда. Рассмотрим, как происходит ионизация газа. Как известно, элементарным электрическим зарядом является электрон. Электроны входят в состав всех атомов, причем их суммарный отрицательный заряд в нейтральных атомах уравновешивается положительным зарядом ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома. В кристаллической решетке металлов атомы связаны металлической связью и имеют свободные электроны. Для того, чтобы электрон вышел из металла, необходимо преодолеть силу взаимодействия между остовом кристаллической решетки и электронами, т. е. произвести работу выхода или вырывания. Поэтому электрон, вырванный и находящийся вне металла, будет обладать большей потенциальной энергией, чем находящийся внутри него. В проводниках второго рода, которыми являются ионизированные газы, свободные электроны отсутствуют. При ионизации в них появляются лишь атомы или молекулы, у которых или недостает, или имеется избыток электронов, т. е. имеются положительные или отрицательные ионы. Перенесение зарядов в проводниках второго рода обусловлено перемещением ионов. Направленное перемещение зарядов (в отличие от хаотического) и представляет собой электрический ток. Как видно, носителями зарядов при таком перемещении могут быть или ионы и электроны (ток в газах), или только электроны (ток в металлах). Ионизацию газа можно создать принудительно диссоциацией его молекул подогревом, освещением рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами или действием на молекулы лучами радиоактивных веществ. Создаваемая при этом проводимость носит название несамостоятельной. Кроме того, ионизацию газов можно создать соударением нейтральных молекул движущимися электронами, ускоренными электрическим полем, которое обусловливает наличие тока. Создаваемая при этом проводимость называется самостоятельной, так как она обеспечивается самим электрическим полем. При столкновении с атомами и молекулами электрон отдает им полностью или большую часть своей кинетической энергии и они возбуждаются или ионизируются. Входящие в возбужденный атом электроны располагаются на новых, более удаленных орбитах, т. е. имеют более высокий потенциал энергии. Энергию ионизации обычно выражают в электрон-вольтах. Электрон-вольт (эв) равен работе, совершаемой при перемещении заряда е, равного заряду одного электрона, между точками с разностью потенциалов 1 в. Потенциалы однократной ионизации газов различны (например: водорода 13,54 эв; гелия 24,47 эв и кислорода 12,5 эв). Если ионизация газа вызывается тем, что его атомы или молекулы ударяются электронами, вылетающими из металлического проводника, то число образующихся внутри газа новых электронов растет очень быстро. Это происходит вследствие того, что первые образовавшиеся заряженные частицы при наличии электрического поля возбуждают другие молекулы, которые встречаются на пути. Вследствие возрастания числа заряженных частиц увеличивается и сила тока. Уже отмечалось, что для извлечения электрона из металла в газовую среду необходимо затратить работу выхода. Работа выхода в значительной степени зависит от состояния поверхности вещества, выделяющего электроны, и может быть уменьшена, если на поверхности имеются хотя бы следы веществ, склонных к эмиссии (выделению) электронов. При обычных комнатных температурах лишь ничтожная часть электронов обладает кинетической энергией, достаточной, чтобы совершить работу выхода. Поэтому в газовом промежутке вокруг металла ионов нет. Электроны будут достаточно интенсивно выделяться с поверхности металла лишь при нагревании его до высокой температуры. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией и может быть уподоблен процессу испарения молекул из нагреваемой жидкости. Известно несколько видов самостоятельной проводимости газов: тлеющий разряд, искровой разряд и дуговой разряд. Дуговой разряд, используемый при сварке, представляет длительный устойчивый разряд в газах при давлениях, близких к атмосферному и выше. Дуговой разряд сопровождается ослепительным свечением. Температура газа достигает нескольких тысяч градусов; степень ионизации очень высокая. Дугу можно рассматривать как газовый проводник круглого сечения, располагающийся между активными пятнами на электродах (полюсах). Через активные пятна - наиболее нагретые участки электродов - проходит весь ток. Активное пятно отрицательного полюса носит название катодного и является источником эмиссии электронов. Двигая катод перпендикулярно оси дуги, мы можем заставить двигаться и дугу. Если же отодвинуть в таком же направлении анод, оставляя катод неподвижным, то дуга прервется, так как расстояние между пятнами увеличится и эмиссия электронов из катодного пятна прекратится. Для начальной ионизации дугового пространства и возбуждения дуги обычно используют местный нагрев участка электрода (для создания катодного пятна) и повышенное напряжение поля. Нагрев электрода обеспечивается касанием его концом поверхности свариваемого изделия. При этом в точках касания (контакта) благодаря большому местному сопротивлению выделяется тепло. Разогретый катод начинает излучать электроны, ионизирующие молекулы газа. Проходя через столб дуги, ионы бомбардируют поверхность катода и нейтрализуются на ней. За счет кинетической энергии газовых частиц происходит сильный разогрев поверхности катода, материал его плавится и испаряется. Общее количество тепла, виделяемое на аноде, определяется как падением напряжения в прианодной области, так и отдачей энергии электронами, входящими в анод из столба дуги. В ряде случаев количество тепла, выделяемое на аноде, больше чем на катоде. Для увеличения проплавления свариваемых кромок анод обычно присоединяют к свариваемому изделию. Катод (минус) присоединяют к электроду. Такая схема включения называется включением на прямой полярности. Если при сварке используется более тугоплавкий электрод или же сваривается тонкий материал, в связи с чем возникает опасность прожога, то полярность меняют на обратную (плюс на электроде и минус на изделии). В связи с широким развитием применения автоматической дуговой сварки большой интерес представляют особенности горения дуги под слоем флюса. Сотрудники Института электросварки рентгенографировали зоны дуги. При изучении рентгенограмм было установлено, что сварка под слоем флюса является процессом электродуговым. Осциллограммы напряжения и тока для дуги, горящей в воздухе, и для дуги, горящей под слоем флюса, весьма сходны, однако осциллограмма напряжения дуги, горящей под слоем флюса, более плавная и почти не имеет пиков зажигания, что указывает на большую устойчивость ее вследствие большей «тепловой инерции». Окружающий дугу флюсовый пузырь не дает ей охлаждаться при переходе напряжения через нуль в случае сварки на переменном токе. Следует отметить, что горение сварочной дуги возможно не только в воздухе или в газовом пузыре, образующемся под слоем флюса, но и в воде, причем даже на значительных глубинах. Жидкая среда, окружающая дугу, под влиянием дугового процесса испаряется и разлагается, создавая вокруг нее газовый пузырь. Газовый пузырь заполнен преимущественно водородом, парами металла и продуктами разложения обмазки электрода. Избытки этих паров поднимаются на поверхность воды в виде пузырьков. Из-за интенсивного теплоотвода для горения дуги под водой требуется напряжение большее, чем на воздухе (при этом оно зависит от глубины погружения).
Строение электрической дуги и ее устойчивость
Области дуги вблизи полюсов носят название катодной и анодной. Средняя часть называется столбом дуги. Столб представляет собой цилиндрический газовый проводник с высокой степенью ионизации, вдоль оси которого перемещаются электроны. Распределение температуры по сечению столба весьма неравномерно. В центральной части она достигает 7000-8000° С, а к периферии резко понижается. Мощность применяемых сварочных дуг колеблется в очень широких пределах - от 0,3 до 160 квт. При горении дуги эта мощность распределяется между анодной областью, столбом дуги и катодной областью. Падение напряжения вблизи полюсов и в столбе дуги зависит от различных факторов. Катодное падение напряжения зависит от материала электрода и состава газовой среды в дуге. Если в газовой среде находятся вещества, затрудняющие ионизацию (галлоиды, азот, кислород), то катодное падение напряжения повышается, а электропроводность столба дуги падает. Такое же действие производит охлаждение дуги окружающими газами. Соли щелочных и щелочно-земельных металлов (Na; К; Ва; Са и др. ) наоборот облегчают ионизацию. Падение напряжения в катодной области не зависит от силы тока при широком диапазоне изменения тока. Только при сварке под флюсом и в среде защитных газов при весьма высокой плотности тока, когда катодное пятно покрывает всю поверхность торца электрода, падение напряжения с дальнейшим ростом тока начинает возрастать. Анодное падение напряжения практически не зависит от тока, состава материала электродов и среды. Падение напряжения в столбе дуги зависит от длины столба и его температуры. Суммарное падение напряжения в дуге при очень малой плотности тока падает с увеличением силы тока, так как растет сечение столба дуги и его электропроводность. При сварочных дугах средней мощности, применяемых для ручной дуговой сварки, падение напряжения в дуге сохраняется постоянным и от силы тока не зависит. Наконец, при очень высоких плотностях тока. , применяемых при сварке под флюсом проволокой малого диаметра и при сварке в среде защитных газов, напряженность электрического поля в дуге и суммарное падение напряжения будут с увеличением тока возрастать. График зависимости напряжения дуги от силы сварочного тока носит название вольт-амперной характеристики дуги. Для процесса электродуговой сварки весьма важным условием является устойчивое горение дуги при определенной величине тока без перехода ее в другую форму разряда. Устойчивое горение дуги будет в том случае, если при случайном отклонении от установившегося состояния, например при неожиданном изменении степени ионизации, быстро восстановится равновесие. Такое восстановление происходит за счет индуктивности, имеющейся в цепи. При изменении тока в дуге индуктируется э. д. с. самоиндукции. Оказывается, что при падающей вольтамперной характеристике дуги устойчивость горения дуги обеспечивается, если внешняя статическая характеристика источника также падающая. Если вольтамперная характеристика дуги имеет возрастающий характер, то устойчивость будет обеспечиваться при жесткой или возрастающей внешней характеристике источника. Вид внешней характеристики источника питания дуги играет большую роль также и с точки зрения чувствительности работы системы автоматического регулирования, если сварка ведется автоматом. Ручная сварка, в особенности сварка электродами с тонким покрытием, сопровождается частыми короткими замыканиями вследствие того, что происходит переход капель с электрода на изделие; кроме того, при колебательных движениях руки сварщика электрод может быть замкнут накоротко. Недопустимо, чтобы при этом происходило значительное возрастание тока, вызывающее и повышенный нагрев электрода, проводов и источника тока. Поэтому отношение силы тока короткого замыкания к силе рабочего тока должно быть при ручной сварке в пределах 1,2-1,5. При этом условии тепловой режим дуги будет относительно стабильным. Кроме того, важно, чтобы источник сварочного тока быстро следовал бы за изменениями режима в дуге и немедленно восстанавливал бы напряжение после перехода капли. Эти качества определяются динамической характеристикой источника тока. Источник сварочного тока с плохой динамической характеристикой вызывает резкое мгновенное тепловыделение в момент зажигания и разбрызгивание при случайном увеличении длины дуги.
Особенности электрической дуги переменного тока
Переменный ток имеет преобладающее распространение в промышленных силовых установках; естественно, что и для сварки выгоднее применять переменный ток. Переменный ток характеризуется периодическим изменением напряжения и силы тока по величине и направлению. Так как для горения дуги необходимо определенное минимальное напряжение, то ясно, что за каждый период изменения напряжения дуга должна угасать и возникать вновь. В периоды угасания дуги, несмотря на их относительную кратковременность, дуговой промежуток успевает несколько охладиться, ионизация его ослабевает и для нового зажигания дуги снова требуется повышенное напряжение. Это в свою очередь вызывает запаздывание момента зажигания дуги. Таким образом, напряжение зажигания будет несколько выше, чем напряжение, при котором дуга гаснет. Чем выше напряжение переменного тока, тем короче будут перерывы горения дуги. Чем выше тепловое состояние газового промежутка, тем меньше напряжение зажигания, а следовательно, и короче периоды угасания дуги. При коротких периодах угасания дуги общая устойчивость процесса повышается. Если в цепи дуги имеется, кроме омического, еще и индуктивное сопротивление, то, как известно из электротехники, между током и напряжением будет существовать некоторый сдвиг фаз. Подбором соответствующей индуктивности можно добиться такого сдвига фаз, чтобы в момент появления тока в цепи напряжение источника оказывалось уже достаточным для возникновения дуги. В последующем при падении тока в цепи возникнет э. д. с. самоиндукции, которая будет добавляться к уменьшающемуся напряжению источника и обеспечит такое общее напряжение на дуге, которого достаточно для ее поддержания в течение периода приближения тока к нулевому значению. После перехода тока через нуль напряжение источника имеет величину, достаточную для повторного зажигания дуги. Дуга возникает снова без перерыва по времени. Таким образом, включением индуктивного сопротивления в цепь можно добиться устойчивого непрерывного горения дуги с почти постоянным напряжением, резко меняющим свой знак в конце каждого полупериода. Введение в зону дуги некоторых ионизирующих веществ также способствует поддержанию дуги и снижает требуемое напряжение. На этом принципе, в частности, основано применение электродов с меловым покрытием. Существует ряд факторов, которые ухудшают устойчивость дуги. Так, снижает устойчивость увеличение теплоемкости и теплопроводности среды, в которой горит дуга. В связи с этим, например, для горения дуги в чистом водороде или в воде требуется, как указывалось выше, повышенное напряжение (по сравнению с горением дуги в воздухе). Введение некоторых элементов, обладающих высоким потенциалом ионизации (например, фтора), также ухудшает устойчивость дуги.
Преимущества сварки
Современный человек для возведения сооружений из твердых материалов, а также для прочного соединения элементов небольших конструкций с повышенными требованиями к прочности, применяет много методов. Одним из них является сварка. Уже в самом определении (описании) процесса сварки указывается на ее основное преимущество. Сварка - это высокотехнологический процесс по соединению металлов, сплавов или других твердых материалов (пластик, стекло, графит) методом плавления, пластическим деформированием или их совокупностью, в результате чего создаются конструкции с неразъемным соединением деталей. Соединение происходит на атомно-молекулярном уровне. Следовательно, в сравнении с другими способами соединения, главное преимущество - сварка позволяет создавать неразъемные сооружения и конструкции. Что повсеместно применяется как для создания грандиозных сооружений (мостов, турбин, корпусов морских лайнеров, вышек), так и для миниатюрных высокоточных приборов в области машиностроения или для научных исследований. Практическое преимущество - сварка, как способ надежного и прочного соединения материалов, сравнительно простой, не требующий сложного и дорогостоящего оборудования, и не нуждающийся в эксклюзивном источнике питания. Многие виды сварки, благодаря надежному и безопасному современному оборудованию, не требуют высокой квалификации сварщика, что тоже преимущество. Сварка при этом получается качественной и соответствующей нормативам и требованиям. Еще одно преимущество - сварка позволяет создавать соединения, не уступающее по прочности применяемому металлу, даже в условиях высоких динамических и статических нагрузок, а также в широком температурном диапазоне и оказываемом давлении. Дополнительное преимущество - сварка в ряде случаев даже усиливает некоторые характеристики исходных металлов за счет использования присадочных материалов и пластической деформации краев деталей. Часто используемое при строительстве, сборе и монтаже преимущество - сварка позволяет соединять разные по характеристикам металлы друг с другом, а также соединять металлы с неметаллами (пластик, графит, стекло). Важное преимущество - сварка обеспечивает долгий срок надежной службы сварных конструкций, практически без необходимости в дополнительном обслуживании. Высокая скорость проведения сварных работ и возможность незамедлительной эксплуатации сооружения или конструкции - это тоже немаловажное преимущество. Сварка может выполняться посменно разными бригадами с одним и тем же оборудованием, что ускоряет время монтажа. Достойное преимущество - сварка экономит материал (10-30%), и конечные изделия получаются более легкими по весу, чем, например, при клепке или литье. Яркое преимущество - сварка позволяет достаточно легко и просто получать изделия сложной и замысловатой формы, практически аналогичные продукции кузнечных или литейных мастерских. Большинство используемых видов сварки можно осуществлять непосредственно на строительной площадке в любом положении соединяемых деталей. В этом же ключе еще одно преимущество - сварка в труднодоступных местах производится без нарушения качества. Сопоставив все технические, эксплуатационные и организационные преимущества, обнаруживается экономическое преимущество - сварка дешевле многих других видов соединения, поскольку позволяет экономить материал и энергию, не требует долгих сроков на возведение конструкций, не нуждается в многочисленной высококвалифицированной рабочей силе, а также конструкции служат долго и надежно.
Особенности сварки
В настоящее время в промышленности находят широкое применение стали повышенной прочности и стали, обладающие специальными свойствами, с повышенным содержанием легирующих добавок. Цель применения таких сталей - или повысить прочность, а следовательно, уменьшить вес сооружения за счет повышения допускаемых напряжений, либо повысить стойкость конструкций в тяжелых эксплуатационных условиях (коррозия, высокая температура и т. п. ). В судостроении указанные стали все более широко применяются при постройке корпусов судов, изготовлении котлов и трубопроводов, а также отдельных частей судовых механизмов (например, зубчатых колес, валов, роторов, лопаток и диафрагм турбин, отдельных элементов паровых и газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания). Углеродистые стали для сварных конструкций относят к сталям с повышенным содержанием углерода при содержании последнего свыше 0,3%. Легированные стали в зависимости от их поведения при сварке и назначения можно подразделить на четыре группы. 1. Низколегированные незакаливающиеся (слабозакаливающиеся), предназначенные для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях обычных температур; содержание легирующих добавок в таких сталях не превышает 2,5%, в том числе углерода не более 0,2%. 2. Низколегированные стали с особыми свойствами, предназначенные для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях повышенных температур (до 500° С); содержание легирующих добавок также не превышает 2,5%, но в число их обязательно входят молибден или хром вместе с молибденом, эти стали склонны к закалке при сварке. 3. Низколегированные закаливающиеся, предназначенные для изготовления машиностроительных и специальных сварных струкций; у этих сталей при небольшом содержании легирующих элементов (до 2,5%) имеется повышенное количество углерода (0,3-0,5%). 4. Среднелегированные стали (легирующих элементов 2,5-10%) и высоколегированные стали (легирующих элементов более 10%) с особыми свойствами; эти стали могут быть как закаливающимися, так и незакаливающимися (аустенитные стали). Повышенное содержание углерода или легирующих примесей придает сталям повышенную чувствительность к тепловому воздействию и к характеру охлаждения после нагрева; поэтому все стали, упомянутые выше, можно разделить на две основные группы: стали, склонные при сварке к закалке (закаливающиеся), и стали, при сварке не закаливающиеся, но могущие потерять в зоне сварки свои особые свойства (например, жаропрочность, коррозионную стойкость). Технология сварки сталей обеих групп должна предусматривать такие методы, которые не приводили бы ни к закалке сталей, ни к ухудшению их специальных свойств
Выбор рода тока и типа сварочной установки
Выбирая род тока, необходимо учитывать следующее. Если сварка производится на средних и больших токах с применением электродов, обладающих хорошими стабилизирующими свойствами, или под флюсом, - меньшая устойчивость дуги переменного тока практического значения не имеет. При сварке малых толщин, а также угловых швов малого катета, т. е. при сварке на малых токах (40-90 а), следует применять постоянный ток, так как благодаря большей устойчивости дуги постоянного тока качество сварки оказывается выше. При сварке на постоянном токе можно пользоваться различной полярностью, что бывает необходимо при сварке цветных металлов, а иногда и стали (например, малой толщины). С точки зрения прочности металла шва и производительности сварки постоянный и переменный ток равноценны. Для выбора рода тока имеет значение марка электродов; так, например, очень распространенные электроды марки УОНИ-13 пригодны только для постоянного тока при обратной полярности. В связи со сказанным следует иметь в виду перспективность применения сварочных выпрямителей, которые по технологическим свойствам мало уступают источникам постоянного тока, а по экономическим показателям близки к установкам переменного тока, как как в них отсутствуют потери во вращающихся частях, которые есть в преобразователях. Важную роль играют экономические соображения. В некоторых случаях при сварке малых толщин используют переменный ток повышенной частоты (480 гц), вырабатываемый в специальном сварочной преобразователе переменного тока ПС-100 или ПС-100-1, что обеспечивает устойчивость горения дуги и высокое качество сварки. При выборе типа сварочной установки необходимо учитывать следующие факторы: наличие силовой сети для питания сварочной установки; подвижность установки; место расположения (в помещении или на открытом воздухе); толщину свариваемого материала; экономичность установки. Если имеется силовая сеть требуемой мощности, все установки постоянного тока могут приниматься с электромоторами в качестве приводных двигателей; могут быть использованы также сварочные установки переменного тока. При отсутствии силовой сети установка должна быть автономной типа ПАС-400-VI или САГ-2г-III с приводом от двигателя внутреннего сгорания. В условиях судостроительных заводов сварочные установки, используемые на стапелях и на достройке, должны быть подвижными. Поэтому в таких местах необходимо применять наиболее транспортабельные типы оборудования: трансформаторы переменного тока типа СТЭ-34 (с отдельным регулятором), ТС-120, установки постоянного тока типа ПС-300, ПС-300М. Если сварочные установки стоят на открытом воздухе, необходима выбирать типы оборудования, защищенные от атмосферных осадков. Менее чувствительны к атмосферным осадкам, пыли и т. п. сварочные трансформаторы и выпрямители, не имеющие вращающихся частей. По толщине свариваемого материала определяются предполагаемые режимы сварки и соответственно выбирается необходимая мощность сварочного оборудования. Для сборочно-сварочных цехов часто применяют многопостовые установки постоянного тока. Многопостовые установки переменного тока на судостроительных заводах не нашли применения из-за большого индуктивного сопротивления сварочных проводов, а также из-за необходимости пользования постоянного тока для выполнения многих работ. Затраты на обслуживание и эксплуатацию многопостовых установок меньше, чем однопостовых; для установки многопостового агрегата требуется намного меньше места (учитывая равное число сварочных дуг). Приводные двигатели имеют более высокий cos f, что повышает общецеховой cos f. Однако многопостовые установки по сравнению с однопостовыми имеют ряд недостатков; например: 1) большие потери в балластных реостатах и, следовательно, большой расход электроэнергии; 2) значительное понижение к. п. д. при уменьшении числа работающих постов; 3) необходимость резервных генераторов на случай выхода из строя основного; 4) большой вес, сложность перемещения.
Сварка чугуна
Как известно, чугун представляет сплав железа с углеродом при содержании последнего более 2,0%. В зависимости от состояния, в котором находится углерод, различают чугуны серые и белые. В серых чугунах углерод находится преимущественно в свободном состоянии в форме графита, что обусловливает хорошую обрабатываемость чугуна и серый цвет его в изломе. В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии (в основном в форме карбида); это обусловливает высокую твердость и очень плохую обрабатываемость чугуна режущим инструментом. Излом белого чугуна светлый, блестящий. В судостроении применяются, главным образом, серые чугуны марок СЧ-24, СЧ-36 и СЧ-48 в виде отливок различных деталей механизмов, арматуры, дельных вещей и т. п. В связи с плохой свариваемостью чугуна сварных конструкций из него не делают и сварку чугуна (в условиях судостроительного предприятия) применяют только в двух случаях: 1) для исправления пороков различных отливок, идущих на изготовление новых механизмов, арматуры, дельных вещей; 2) при ремонте отдельных чугунных деталей заводского оборудования (например, станин, колонн, кронштейнов станков) либо при ремонте судовых механизмов. При сварке всех применяемых марок серых чугунов проявляется целый ряд их специфических свойств, значительно осложняющих процесс. 1. Чувствительность чугуна к большим скоростям охлаждения (которые присущи сварке), вызывающим его отбеливание. В результате в месте сварки образуется слой необрабатываемого хрупкого белого чугуна, имеющего физические и механические характеристики, отличающиеся от характеристик серого чугуна. Различие в коэффициентах линейного и объемного расширения серого и белого чугунов приводит к тому, что при охлаждении в переходной зоне возникают высокие скалывающие напряжения, которые способствуют образованию трещин в этой зоне. 2. Низкие пластические свойства чугуна, характеризуемые отсутствием площадки текучести на диаграмме растяжения, а также резким переходом чугуна из жидкого состояния в твердое и обратно. Хрупкость чугуна делает его чувствительным к перенапряжениям и тем самым усиливает его склонность к образованию трещин при сварке. 3. Увеличение объема чугуна при охлаждении, обусловленное интенсивной графитизацией его в интервале температур 1200-1100° С; это явление при сварке носит местный характер, что способствует образованию напряженного состояния в металле в зоне сварки. 4. При сварке происходит выгорание углерода с образованием окиси СО, которая способствует пористости металла шва. Несмотря на трудности, сварка чугуна применяется весьма широко и, как правило, плавлением. Чугун сваривается угольным электродом, металлическим электродом или газовой сваркой. Все существующие способы сварки чугуна можно разбить на две группы: сварка с подогревом (горячая и полугорячая), и сварка без подогрева (холодная). Эти способы отличаются один от другого начальной температурой изделия, металлургическими процессами и конечной структурой металла шва.
Горячая сварка чугуна
Особенность горячей сварки чугуна заключается в необходимости создания условий для относительно равномерного нагрева и замедленного охлаждения чугуна после окончания сварки, что должно обеспечить выделение углерода в форме графита, т. е. графитизацию чугуна, и предотвратить выделение углерода в форме карбида Fe3C, т. е. его отбеливание. Необходимо также компенсировать некоторый угар углерода. В связи с этим обязателен предварительный нагрев всего изделия до температуры 600-700 °С. Горячая сварка чугуна была разработана и успешно применялась еще Н. Г. Славяновым. Процесс горячей сварки по существу аналогичен отливке чугуна в нагретую форму. В месте сварки кромки скашивают с углом раскрытия 60-90°; затем изделие заформовывают графитовыми пластинками или другими формовочными материалами. Графитовые пластинки укрепляют формовочной массой из смеси песка и жидкого стекла, которая снаружи закрепляется кожухом из тонкого железа. После просушки формы всю деталь вместе с формой нагревают в печи, в горне или в специальном колодце, вырытом в земле, до температуры 600-700° С. Сварка производится только в нижнем положении с нагревом зоны сварки дугой или газовым пламенем. Электродуговая сварка ведется как постоянным, так и переменным током электродами из серого чугуна (обычно с повышенным содержанием С и Si, которые способствуют более полной графитизации чугуна) диаметром 6-12 мм. Чтобы очистить металл в сварочной ванне от окислов, в качестве флюса применяют буру (Na2B4O7). Силу тока выбирают по эмпирической формуле. Если в качестве источника нагрева используется газовое пламя, мощность горелок принимают исходя из условия расхода 80 л ацетилена в час на каждый 1 мм свариваемой толщины; пламя науглероживающее (О2/С2Н2 = 0,9). Присадочный пруток из серого чугуна диаметром 4-12 мм. Процесс сварки должен быть непрерывным, чтобы сварочная ванна все время оставалась в жидком состоянии. Это обеспечивает очищение метала ванны от окислов и газов. Если объем сварки большой, шов делят графитовыми пластинками на несколько участков и работу выполняют попеременно два сварщика. Закончив процесс сварки, деталь тщательно закрывают (например, асбестом) и засыпают песком, чтобы обеспечить медленное ее остывание, либо ведут остывание детали вместе с печью. Таким образом достигается получение в шве мягкого серого чугуна, мало отличающегося от основного металла изделия, что и является достоинством этого способа сварки. Отметим следующие недостатки рассмотренного способа: 1) необходимость заформовывать место сварки; 2) необходимость нагрева всей детали; 3) трудность обеспечения равномерного нагрева всей детали; 4) возможность деформации изделия, нагретого до температуры 600-700 С, под влиянием собственного веса; 5) длительность и высокая стоимость процесса. Ввиду этого способ горячей зарки на судостроительных предприятиях находит лишь ограниченное применение.
Полугорячая сварка чугуна
Способ полугорячей сварки в известной мере представляет видоизменение горячей сварки чугуна. Сущность его заключается в том, что графитизация чугуна достигается введением в зону сварки графитизирующих веществ (Si, Al, Ti) и общим или местным подогревом изделий несложной формы до температуры 200-300° С, а более сложных - до 400-450° С, что обеспечивает их замедленное охлаждение и улучшение условий выделения графита. Подогрев производится газовым пламенем. В качестве электродов используют серый чугун, содержащий углерод, кремний и другие элементы; пруток покрывают слоем специального покрытия, также содержащего графитизаторы. Так, например, разработанное Оргаметаллом покрытие марки ОМЧ-1 содержит 41% графита, 9% ферромарганца, 25% мела, 25% полевого шпата. Толщина покрытия составляет 1,2-1,5 мм. Покрытие электрода, расплавляясь, попадает в сварочную ванну; при этом часть графита выгорает и создает газовую защиту сварочной ванны, а другая часть компенсирует угар углерода из чугуна. Диаметр применяемых электродов 6-8 мм; ток постоянный или переменный. Формовка места сварки не требуется (за исключением случая заварки пороков на углах, когда формовка необходима для удержания металла канны). Сварка ведется в нижнем положении короткими валиками, так как при сварке длинными и узкими валиками получаются трещины. Для небольших заварок на массивных изделиях, для которых характерно быстрое охлаждение зоны сварки, увеличивают высоту наплавки, что замедляет ее охлаждение; после охлаждения лишний металл срубают. Полугорячий способ сварки менее сложен, чем горячий, и нашел довольно широкое применение. Однако при сварке по этому способу в ряде случаев не исключено образование зон отбеливания или образование трещин при резком и неравномерном подогреве детали.
Холодная сварка чугуна
Особенность холодной сварки чугуна заключается в том, что сварка ведется без всякого предварительного подогрева изделия. Существует большое количество разновидностей методов холодной сварки (свыше 40), но все они практически могут быть сведены к трем основным видам: 1) сварка стальными электродами; 2) сварка электродами из специальных сплавов и цветных металлов; 3) сварка чугунными электродами. При холодной сварке чугуна стальными электродами для уменьшения разогрева чугуна в зоне сварки при наложении первого слоя (облицовки) используют стальные малоуглеродистые электроды малого диаметра (3 мм) с тонким (меловым) покрытием при силе тока не более 90 а. Последующие слои могут выполняться электродами как с тонким, так и с толстым покрытием (типа УОНИ-13) при увеличенном диаметре электрода, однако с условием, чтобы не допускать сильного нагрева чугуна в зоне сварки. Поэтому сварка ведется с перерывами таким образом, чтобы температура основного металла вблизи места сварки не превышала 50-60° С. Получаемый металл шва состоит из половинчатых сплавов: вблизи основного металла - это малолегированный белый чугун, в остальной части шва - углеродистая сталь. Место сварки в связи с закалкой металла шва и отбеливанием зоны термического влияния не поддается механической обработке, а сам процесс часто сопровождается возникновением трещин и «отслаиванием» (отрывом) металла шва. При ремонте ответственных изделий - колонн, машин, станин кронштейнов и т. п. - для увеличения механической прочности соединения часто применяют ввертыши (шпильки с резьбой) либо другие механические связи типа планок, анкеров (поперечных связей круглого сечения) и т. п. Ввертыши, планки, анкеры изготовляют из малоуглеродистой стали. Назначение ввертышей - связывать металл шва с чугуном, передавая усилия от шва вглубь, в массу основного металла с неизменной структурой, минуя пограничный хрупкий слой стали и отбеленного чугуна. Размеры соединительных ввертышей или анкеров выбирают исходя из условия равнопрочности этих элементов основному металлу (чугуну). Сначала выполняют сварку вокруг шпилек, а затем, когда вся поверхность разделки закрыта первым слоем, заполняют шов обычным порядком. Процесс сварки ведут с перерывами для охлаждения детали. Рассматриваемым способом, как правило, невозможно достигнуть достаточной непроницаемости соединения и хорошей обрабатываемости металла. Во многих случаях, когда необходимо заварить пороки литья или эксплуатационные разрушения в виде задиров, выработок и трещин в местах, где требуется плотный и легко обрабатываемый металл, но допустима неравнопрочность с основным металлом, чугун сваривают электродами из сплавов нa медной или никелевой основе. Успешно применяются электроды из медноникелевого сплава - монель-металла (Cu~30%; Ni до 63%; остальные компоненты Mn, Si, Fe). Температура плавления этого сплава близка к температуре плавления чугуна, поэтому в процессе сварки происходит хорошее перемешивание сплава с чугуном. Никель и медь, находящиеся в сплаве, способствуют графитизации чугуна в зоне сплавления, т. е. уменьшают опасность возникновения значительной зоны отбеливания. Так как сплав обладает хорошими пластическими свойствами, металл шва устойчив против трещинообразования. На электроды из этого сплава наносят покрытие, содержащее графит и мел. Диаметр электродов da = 2-6 мм; ток постоянный, полярность обратная. Сила тока Iсв = (30 - 40) dэ. Так как этот сплав имеет значительную усадку, сварку ведут короткими валиками (не длиннее 50 мм). В горячем состоянии металл шва проколачивают, что способствует его уплотнению. Металл шва получается плотным и легко обрабатывается, но прочность его незначительна. Кроме указанного сплава, в качестве электродов могут быть использованы и другие сплавы меди (кремнистые, марганцево-кремнистые и другие бронзы и латуни). Холодная сварка чугуна комбинированными медно-стальными электродами может производиться по многим вариантам. Отметим основные из них: 1) применение комбинированных медно-стальных электродов с использованием малоуглеродистой стали; 2) то же с использованием аустенитной стали; 3) применение «пучка электродов», состоящего из медного и латунного стержней и одного или нескольких толстопокрытых электродов. Применение комбинированных медно-стальных электродов вызвано дороговизной и дефицитностью медно-никелевого сплава. Целесообразность комбинирования меди с железом заключается в том, что при соотношении 90-94% Сu и 6-10% Fe получается сплав с температурой, близкой к температуре плавления чугуна, дающий стабильный по качеству металл шва. Сплав хорошо смешивается с чугуном и обеспечивает получение довольно плотного металла с незначительной зоной отбеливания в ЗТВ. В связи с наличием в мягкой медной основе включений составляющей железа механическая обработка наплавленного металла затруднена. Существует несколько различных вариантов медно-железных электродов, предложенных различными авторами. Простейшие из них - медный стержень, обернутый жестью, и стальной стержень в медной трубке. Хорошие результаты дает применение электродов Московского опытно-сварочного завода ОЗЧ-1. Стержень этого электрода состоит из медной проволоки марок М-1-М-3. На стержень нанесено толстое покрытие типа УОНИ-13, в состав которого (до 50%) введен железный порошок. Сварка ведется на постоянном токе при обратной полярности, при Iсв = (40-50)dэ. Сварку выполняют участками длиной по 50-60 мм с проковкой вручную каждого валика (непосредственно после сварки) для уплотнения металла и снятия напряжений. Институт электросварки рекомендует применять аустенитно-медные электроды. Стержень такого электрода изготовляют путем совместной протяжки хромоникелевой проволоки (d=2 мм) и медной ленты (12X0,8 мм). На стержень нанесено толстое покрытие типа УОНИ-13. Сварка ведется постоянным током при обратной полярности; Iсв = 100-120 а. При сварке этими электродами в наплавке получаются включения аустенитной стали со значительно меньшей твердостью, чем у включений железа при использовании электрода ОЗЧ-1. Сварка аустенитно-медными электродами также ведется короткими участками с проковкой каждого участка. Медно-железные электроды можно изготовлять не только в виде одного электрода, но и в виде пучка (1-2 электрода УОНИ-13 и медный стержень). Применение пучка электродов обеспечивает: 1) уменьшение глубины проплавления основного металла, так как дуга не задерживается на одном месте, а переходит с электрода на электрод; 2) улучшение перемешивания металла в сварочной ванне. В 1954 г. В. Н. Галактионов и П. М. Миронычев разработали новую марку электродов для холодной сварки чугуна ЭМЧ, которые используются для заварки пороков в литье. Стержень электрода чугунный (С = 3,5-4,0%; Si = 4,0-5,0%); покрытие двуслойное. Первый слой покрытия - графитосилико-магниевый (графит 41%, силикомагний 40%, окалина 14%, алюминий в порошке 5%); второй слой покрытия - мрамор 50%, плавиковый шпат 50%. Вес слоев покрытия: первого 15-20% и второго 10-12% от веса стержня. Сварка ведется на постоянном и переменном токе; Iсв = (40-45)dэ. При выполнении заварок замкнутого контура на сложных отливках требуется местный предварительный подогрев до 200-300° С. Металл наплавки обрабатывается зубилом, сверлом, резцом и т. д.; в наплавленном металле возможна нарезка резьбы.
Подобные документы
Сварка как основной технологический процесс в промышленности. Характеристика материалов сварных конструкций. Виды сварных швов и соединений. Характеристика типовых сварных конструкций. Расчет на прочность и устойчивость при разработке сварных конструкций.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.09.2011Причины и механизмы возникновения горячих трещин. Виды высокотемпературных межкристаллических разрушений. Возникновение силовых напряжений и дополнительных сварочных деформаций. Изменение прочности и пластичности металла при кристаллизации и охлаждении.
реферат [309,6 K], добавлен 22.04.2015Зоны концентрации напряжений как основные источники повреждений при эксплуатации магистральных газопроводов. Пути и методики укрепления сварных соединений. Определение наличия напряжений в околошовной зоне, оценка эффективности неразрушающего контроля.
статья [415,2 K], добавлен 17.05.2016Анализ технологичности изготовленной сварной конструкции. Определение вероятности образования горячих и холодных трещин. Процесс сборки сварных соединений. Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций и напряжений. Автоматическая сварка угловых швов.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 10.09.2014Проектирование операций заготовительного производства. Технология сборки и сварки, функциональные требования к применяемому оборудованию. Мероприятия по снижению сварочных напряжений и деформаций. Контроль и нормирование качества сварных соединений.
дипломная работа [1005,4 K], добавлен 01.06.2015Установка для местной термической обработкой сварных соединений, направленная на снижение уровня сварочных напряжений. Улучшение структуры, механических и специальных свойств (коррозионной стойкости, жаропрочности, хладостойкости) сварных соединений.
дипломная работа [5,8 M], добавлен 11.09.2014Изготовление сварных конструкций. Проектирование технологии и организации сборочно-сварочных работ. Основной материал для изготовления корпуса, оценка его свариваемости. Выбор способа сварки и сварочных материалов. Определение параметров режима сварки.
курсовая работа [447,5 K], добавлен 26.01.2013Знакомство с основными принципами конструктивно-технологического проектирования сварных конструкций. Общая характеристика комбинированных сварных заготовок, рассмотрение особенностей их проектирования. Сварно-литые заготовки как станины прессов.
презентация [93,2 K], добавлен 18.10.2013Изготовление сварных конструкций. Определение усилий стержней фермы по линиям влияния. Проектирование количества профилей уголков. Подбор сечения стержней. Расчет сварных соединений. Назначение катетов швов. Конструирование узлов и стыков элементов ферм.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 04.11.2014Дефекты сварных швов и соединений, выполненных сваркой. Причины возникновения дефектов, их виды. Способы выявления дефектов сварных швов и соединений. Удаление заглубленных наружных и внутренних дефектных участков, исправление швов сварных соединений.
контрольная работа [2,0 M], добавлен 01.04.2013