При полугорячей сварке чугуна улучшение графитизации металла достигается за счет введения в зону сварки графитизирующих веществ (кремния, титана, алюминия) и предварительного подогрева изделия с меньшей температурой, чем при горячей сварке.

Холодная сварка чугуна выполняется в случаях, когда чугун в металле шва не предусмотрен, и может применяться в ряде случаев, когда в металле шва требуется получить чугун - с использованием графитизирующих веществ при незначительных или средних по размеру дефектах, при несквозных дефектах или сквозных дефектах небольшой протяженности и глубины.

Дуговая сварка с получением в металле шва чугуна

Процесс горячей сварки чугуна осуществляется в несколько этапов:

подготовка свариваемого изделия;

предварительный подогрев;

сварка;

последующее замедленное охлаждение.

При подготовке свариваемого изделия выполняется тщательная очистка дефектного места от загрязнений и разделка кромок для обеспечения доступности при манипулировании электродом (проволокой) и при воздействии дуги. Для предотвращения вытекания жидкого металла сварочной ванны, а иногда для придания металлу определенной формы, производится формовка места сварки. Формы изготавливают из графитовых пластинок, которые скрепляются формовочной массой из смеси кварцевого песка с жидким стеклом, другими формовочными материалами или в опоках формовочными материалами, используемыми в литейном производстве (см. рисунок ниже).

Рисунок. Формовка места для горячей сварки чугуна

По окончании формовки требуется просушить форму с постепенным повышением температуры от 60 до 120°С. Дальнейший нагрев деталей с формой выполняется со скоростью 120-150°С в печи, горне, специальном колодце или в другом нагревательном устройстве. После сварки для замедленного охлаждения изделие накрывают теплоизолирующим слоем (асбестовыми листами и засыпкой сухого песка, шлака, древесного угля и т.п.) или охлаждают вместе с нагревательным устройством. Большие детали могут остывать от 3 до 5 суток.

Для горячей ручной дуговой сварки чугуна применяются плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б, а также могут использоваться угольные электроды. Горячая сварка производится непрерывно на больших токах до окончания заварки дефекта. При значительных объемах сварку выполняют поочередно два сварщика. Покрытие литых прутков диаметром 5-20 мм содержит легирующие (карборунд, графит, силикокальций, ферросилиций и др.) и стабилизирующие материалы. Держатель электрода должен быть снабжен щитком для защиты руки сварщика от теплового излучения. Сварку угольными электродами (диаметром 8-20 мм) выполняют на постоянном токе прямой полярности.

Таблица. Состав чугунных стержней для горячей и полугорячей сварки

Элемент	Марка А для горячей сварки	Марка Б для горячей и полугорячей сварки
Углерод	3,0-3,5	3,0-3,5
Кремний	3,0-3,4	3,5-4,0
Марганец	0,5-0,8	0,5-0,8
Фосфор	0,2-0,4	0,3-0,5
Сера	до 0,08	Сера
Хром	до 0,05	Хром
Никель	до 0,3	Никель

Таблица. Режимы дуговой сварки чугуна угольным электродом

Толщина металла (мм)	Диаметр электрода (мм)	Сила тока (А)
6-10	8-10	280-350
10-20	10-12	300-400
20-30	12-16	350-500
30 и более	16-18	350-600

Горячая сварка чугуна позволяет получить в сварном шве чугун, практически не отличающийся от основного металла изделия (по плотности, механическим свойствам, обрабатываемости и т.п.). Однако она имеет и ряд недостатков: трудоемкость процесса, связанная с необходимостью формовки места сварки, сложностью обеспечения равномерного нагрева всего изделия; длительность и дороговизна процесса.

В то же время в некоторых случаях к сварным швам из чугуна предъявляются менее жесткие требования, например, обеспечение только определенной плотности или равнопрочности швов. Этого можно достичь с применением специальных технологических и металлургических средств при сварке с незначительным подогревом или совсем без предварительного подогрева - при полугорячей или холодной сварке чугуна.

Для предотвращения отбеливания чугуна в наплавленный металл может быть введено большое количество графитизаторов и легирующих элементов. Например, сварочные электроды марки ЭМЧ имеют чугунный стержень с повышенным содержанием кремния (до 5,2%) и двухслойное покрытие, первый слой которого является легирующим, а второй предназначен для обеспечения газовой и шлаковой защиты.

Таблица. Состав покрытия электродов марки ЭМЧ

1-й слой	2-й слой
графит - 41%
силикомагний - 40%	мрамор - 50%
железная окалина - 14%	плавиковый шпат - 50%
алюминий (порошок) - 5%

При холодной сварке электродами марки ЭМЧ изделий из чугуна с толщиной стенки до 12 мм удается получить швы и околошовную зону без отбеленных и закаленных участков. При сварке электродами марки ЭМЧ массивных изделия из чугуна для получения бездефектных швов требуется предварительный подогрев до T=400°С в зависимости от жесткости изделий и толщины чугуна. Электроды из никелевых чугунов позволяют получать сварные швы с хорошей обрабатываемостью, однако при этом повышается вероятность образования горячих трещин. Сварка осуществляется в несколько слоев с возвратно-поступательными перемещениями электрода.

Таблица. Состав стержней электродов из никелевых чугунов (%)

Чугун	Углерод	Никель	Кремний	Медь	Марганец	Железо
Нирезист	2,0	29	1,3	7,6	0,4	59,7
Никросилаль	2,0-2,3	19-22	5,2-6,4	-	0,5	68,8-73,3

Электроды марки ЭМЧС обеспечивают легирование через покрытие. Их стержень состоит из низкоуглеродистой проволоки, а покрытие из трех слоев: легирующего, газо- и шлакообразующего, газозащитного. При толщине свариваемого изделия от 8 до 10 мм для получения бездефектных сварных соединений с помощью этих электродов может использоваться холодная сварка, а при больших толщинах - горячая сварка.

Полуавтоматическая горячая, полугорячая и холодная сварка чугуна выполняется, как правило, порошковыми проволоками ПП-АНЧ-1, ПП-АНЧ-2, ПП-АНЧ-3 и др.

В проволоках содержится комплекс модифицирующих элементов, вводимых в шихту в виде лигатуры на основе кремния.

Таблица. Механические свойства металла чугуна, сваренного порошковыми проволоками

Марка проволоки и температура подогрева	уВ (МПа) при растяжении	уВ (МПа) при изгибе	Твердость, HB
Сварочная проволока ПП-АНЧ-1,сварка без подогрева	180-220	400-450	250-300
Сварочная проволока ПП-АНЧ-2,сварка с подогревом при T=350°C	170-250	350-450	170-190
Сварочная проволока ПП-АНЧ-3,сварка с подогревом при T=600°C	280-320	460-520	180-210

Газовая сварка. Газовая сварка чугуна считается надежным способом получения металла швов, практически не отличающегося от основного металла изделия.

По сравнению с дуговой сваркой нагрев и охлаждение при газовой сварке - более длительные и равномерные, благодаря чему обеспечиваются лучшие условия для графитизации углерода и снижается вероятность возникновения отбеленных участков в сварном шве и околошовной зоне.

Газовую сварку желательно выполнять с предварительным подогревом (общим или местным). Скос кромок делается односторонним (V-образным), с углом раскрытия 90°.

Кромки тщательно очищаются от грязи, ржавчины и масла с помощью щетки или пескоструйного аппарата и прогреваются газовым пламенем.

Рисунок. Местный подогрев некоторых деталей

Присадочные прутки обычно представляют собой чугунные стержни следующих марок:

"А" (для горячей газовой сварки чугуна, см. состав в таблице выше);

"Б" (для газовой сварки чугуна с местным нагревом, см. состав в таблице выше);

"НЧ-1" (для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных отливок из чугуна);

"НЧ-2" (для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок из чугуна);

"БЧ" и "ХЧ" (для износостойкой наплавки чугуна).

Диаметр прутка выбирается из диапазона от д/2 до (д/2 + 1 мм), где д - толщина основного металла изделия.

Для газовой сварки металла необходимо применение флюса, который выполняет следующие функции:

обеспечивает защиту сварочной ванны от окисления;

переводит тугоплавкие окислы железа, марганца и кремния в легкоплавкие шлаки;

улучшает сплавляемость, создавая микроуглубления при окислении и частичном растворении графитных включений чугуна;

повышает жидкотекучесть металла сварочной ванны и шлаков.

Некоторые марки флюсов, применяемых при газовой сварке чугуна:

флюс ФСЧ-1, используемый в основном для заварки крупных дефектов; состав - бура прокаленная (23%), азотнокислый натрий (50%), углекислый натрий (27%);

флюс ФСЧ-2, используемый для низкотемпературной сварки и заварки небольших деталей из чугуна; отличается от флюса ФСЧ-1 добавкой в состав углекислого лития;

газообразный флюс БМ-1; состоит из летучей борорганической жидкости.

Во время сварки следует чаще погружать пруток во флюс, а флюс подсыпать в сварочную ванну. Скорость подачи ацетилена на 1 мм толщины металла должна составлять от 100 до 120 дм3/ч. Скашивание кромок осуществляется только при толщине стенки свыше 4 мм.

Необходимо, чтобы сварочное пламя было нормальным или науглероживающим, поскольку окислительное пламя приводит к сильному местному выгоранию кремния с образованием в сварном шве зерен белого чугуна. Металл нужно хорошо прогреть. Сварка выполняется в нижнем положении быстро, а для крупных деталей желательно двумя горелками одновременно. Для предотвращения образования пор в сварном шве требуется постоянно перемешивать металл сварочной ванны концом присадочного прутка, облегчая выход растворенных газов.

Во время сварки присадочный пруток погружают в ванну только тогда, когда его конец нагреется до температуры светло-красного каления, поскольку погружение ненагретого прутка может привести к появлению отбеленных участков. Пруток вынимают из сварочной ванны как можно реже и только для покрытия его флюсом.

Допускается периодическое удаление ядра пламени от поверхности сварочной ванны, однако восстановительная часть пламени должна постоянно закрывать поверхность ванны. При чрезмерной задержке пламени на одном участке происходит выгорание углерода и кремния, что может привести к отбеливанию чугуна.

Сварку чугунных деталей сложной формы (с отверстиями, перемычками, неодинаковым сечением в различных частях) во избежание появления дефектов, вызванных неравномерным нагревом, необходимо выполнять только с общим предварительным подогревом.

По окончании сварки изделие закрывают слоем асбеста для медленного остывания.

Электрошлаковая сварка. При электрошлаковой сварке чугуна в качестве электродов используют литые чугунные пластины, а в качестве флюсов - фторидные обессеривающие и неокислительные флюсы. Электрошлаковая сварка позволяет получить удовлетворительные свойства швов из серого чугуна, без закаленных и отбеленных участков, пор, трещин и других дефектов.

Огневое резание чугуна. В технике наряду с механической резкой широкое применение получили методы огневой резки металлов и сплавов. Огневая резка осуществляется газовым пламенем или электрической дугой. Наибольшее распространение имеет газовая кислородная резка, применяемая в основном для получения заготовок из листового и сортового проката.

Сущность газовой кислородной резки состоит в сквозном прожигании подогретого металла струей кислорода, перемещаемой по заранее намеченному контуру. Процесс этого метода резки состоит из трех последовательно осуществляемых стадий: нагрева металла в месте реза до температуры воспламенения в кислороде, сгорания его в струе кислорода, расплавления образующихся1 окислов н выдувания их из места разреза струей режущего кислорода. Для нагрева металла в процессе резки используются те же горючие газы, что и при газовой сварке II-3.18). Чаще всего металл нагревают ацетиленокислородным пламенем II-3.19). Кислородная резка осуществляется на обычном газосварочном оборудовании II-3.20), лишь вместо газовой горелки применяются специальные резаки.

Резак 58 в отличие от горелки не только подает по каналу 2 газовую смесь для нагрева металла, но и имеет дополнительный канал для подведения режущей струи кислорода. Кроме ручной резки, широко применяется резка на полуавтоматах и автоматах.

Газовой кислородной резке могут подвергаться только металлы, у которых:

а) температура сгорания в струе кислорода ниже температуры плавления;

б) температура плавления их окислов ниже температуры плавления металла.

Этим требованиям удовлетворяют железо, титан, углеродистые стали с содержанием углерода до 0,7%, низколегированные стали. Чугун, большинство легированных сталей, алюминий, медь и их сплавы кислородной резке не поддаются. Эти металлические материалы режут кислороднофлюсовой резкой, характеризующейся подачей в режущую струю кислорода флюсов (порошков железа), при сгорании которых выделяется дополнительное тепло.

При электродуговой резке металл расплавляется в зоне реза электрической дугой. Этим способом можно резать любе металлы и сплавы. Резку ведут как на постоянном, так и на пегменном токе, применяя то же оборудование.

Обозначение марок различных групп чугуна:

передельный чугун - П1, П2;

передельный чугун для отливок - ПЛ1, ПЛ2;

передельный фосфористый чугун - ПФ1, ПФ2, ПФ3;

передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3;

чугун с пластинчатым графитом СЧ;

цифры стоящие после букв "СЧ", обозначают величину временного сопротивлению разрыву в кгс/мм;

антифрикционный чугун серый - АЧС;

антифрикционный высокопрочный - АЧВ;

антифрикционный ковкий - АЧК;

чугун с шаровидным графитом для отливок ВЧ;

цифры после букв "ВЧ" означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм;

чугун легированный со специальными свойствами Ч;

буквы после буквы "Ч" означают легирующие элементы: Х - хром, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, Д - медь, М - молибден, Т - титан, П - фосфор, Ю - алюминий. Цифры после букв означают среднее содержание основных легирующих элементов в процентах. Буква "Ш" в конце марки чугуна указывает, что чугун имеет графит шаровидной формы.

ковкий чугун КЧ;

цифры, стоящие после букв "КЧ", означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение в процентах.

4. Выбрать и разработать способ електродугового сваривания для изготовления строительного изделия по следующей последовательности:

a) Нарисовать эскиз сварного изделия. Расшифровать марку стали, определить (по справочнику) химический состав, механические и технологические свойства, место в классификации сталей. Подсчитать свариваемость и дать соответствующую оценку стали.

б) Рассчитать геометрию сварного соединения: определить тип и номер, площадь сварного шва, объём и массу наплавленного металла.

в) Сравнить между собой разные способы электродугового сваривания (ручное, полуавтоматическое в среде защитного газа, автоматическое под флюсом) и обосновано выбрать рациональный способ. Нарисовать схему и характеристику выбранного способа. Определить условия работы (заводские или монтажные).

г) Выбрать свариваемые материалы:

диаметр, тип и марку электродов или кабеля, определить химический состав, свойства и полную характеристику;

охарактеризовать защитные материалы (флюс, газ - в случае необходимости).

д) Определить режимы выбранного способа сваривания.

е) Подобрать оборудование для выполнения данного способа, написать его справочную характеристику, написать технологическую последовательность сваривания заданного изделия, учитывая свариваемость стали, с приведением необходимых схем и оснащения.

Ж) Сделать техническое нормирования выбранного способа сваривания (расход времени, электроэнергии, материалов).

З) Приведите возможные дефекты при сварке заданного изделия. Дайте методы их предотвращения и борьбы с ними.

А)

D=900мм, L=1100мм, S=10мм, марка стали 16ГС.

За назначением сталь конструкционная.

За химическим составом углеродистая.

За содержанием углерода - малоуглеродистая (цифра "16"-0,16%С).

Буква Г в марке стали указывает на повышенное содержание Mn (14Г; 18Г и т.д.).

Буква С в марке стали указывает на легирующий компонент кремний, поскольку цифры за этой буквы не указано, то содержании легирующею элемента менее 1,5% - низколегируемая хладостойкая.

По структурному составу феррито-перлитного класса.

По закаливанию жаропрочная.

Свариваемость оценивается - эквивалент углерода по формуле исходя из химического состава.

.

Стали, у которых Се ?0,45% нормально свариваются. При Се?0,45% стали плохо свариваются.

Пример. Свариваемость стали 16ГС. Се = 0,16%, сталь плохо свариваемая.

Б) Для сварки цилиндра используем стыковые швы. Цилиндр с трёх листов, которые сгибаются в три простых цилиндра, у которых свариваются три прямолинейных шва. После этого три простые цилиндра стыкуются и соединяются двумя круговыми швами.

Все швы должны быть неразрывными (цельными). Исходя с толщины S=10мм тип шва выбираем C5. Лист для будущего шва в месте стыка специально подготавливаем (снимаем часть торца) для лучшей проплавки при сварке.

Определяем массу наплавленного металла, то есть металла, который при формировке сварной ванны приходит с электрода. Соответственно, в общей площади сварного шва, подсчитываем площадь зазора между двумя листами и укрепления шва. Для простоты подсчётов площадь фигуры, которую занимает наплавленный метал, необходимо разбить на 2-3 простые фигуры. Это может быть сегмент (F₁, рис.2) и треугольник (F₂, рис.2) и прямоугольник (F₃, рис.2). После подсчёта суммарной площади F и суммарной длинны L определяем объём V и массу m_н наплавленного металла. При этом используем густоту с стали, которая равна 7,85 г/см³.

Tgx = а/d; а= tgx*d; а=tg50*d=1, 19*8=9,53;

F₁= (9,53+2) *0,5/2=5,27мм²;

F₂= (9,53*8) /2=38,12 мм²;

F₃=2*10=20 мм²;

L=2R; L=2*3,14*900/2=2826мм=282,6см;

F = F₁+ F₂+F₃; F =5,27+38,12+20=63,39мм²=0,6339см²

V= F?L; V=0,6339?282,6=179,140см³;

m_н= V с; m_н= 179,140*7,85 =1406,25г;

Рис.2. Конструктивные элементы стыкового сварного шва.

В) Сравниваем три способа дуговой сварки: ручной, полуавтоматической в среде защитного газа, автоматической (механизированной) под флюсом.

Ручная дуговая сварка.

Наибольший объём среди других видов сварки занимает ручная дуговая сварка - сварка плавлением штучными электродами, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производится вручную. Схема процесса показана на рис.3.

Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 7. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 4. Капли жидкого металла 8 с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя газовую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла.

Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образует сварной шов 6. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твёрдую шлаковую корку 5, которая удаляется после остывания шва. Для обеспечения заданного состава и свойств шва сварку выполняют покрытыми электродами, к которым предъявляют специальные требования (стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9467-75).

Сварочный пост для ручной дуговой сварки оснащается источником питания, токоподводом, необходимыми инструментами, принадлежностями и приспособлениями.

Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными. К стационарным относят посты, расположенные в цехе, преимущественно в отдельных сварочных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров. Передвижные сварочные посты, как правило, применяют при монтаже крупногабаритных изделий (трубопроводов, металлоконструкций, и т.д.) и ремонтных работах. При этом часто используют переносные источники питания. В зависимости от свариваемых материалов и применяемых электродов для ручной дуговой сварки применяют источники переменного или постоянного тока с крутопадающей характеристикой.

Основным рабочим инструментом сварщика при ручной сварке служит электрододержатель, который предназначен для зажима электрода и провода сварочного тока. Применяют электрододержатели пружинного, пластинчатого и винтового типов (рис.4)

Согласно ГОСТ 14651-78 электрододержатели выпускаю трёх типов в зависимости от силы сварочного тока: 1 типа - для тока 125 А; 2 - 125-315 А; 3-315-500 А.

Для подвода тока от источника питания к электрододержателю и изделию используют сварочные провода. Сечения проводов выбирают по установленным нормативам для электротехнических установок (5-7 А/мм2).

К вспомогательным инструментам для ручной сварки относятся: стальные проволочные щётки для зачистки кромок перед сваркой и для удаления с поверхности швов остатков шлака, молоток-шлакоотделитель для удаления шлаковой корки, особенно с угловых и корневых швов в глубокой разделке, зубило, набор шаблонов для проверки размеров швов, стальное клеймо для клеймения швов, метр, стальная линейка, отвес, угольник, чертилка, мел, а также ящик для хранения и переноски инструмента.

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов.

Полуавтоматическая сварка в среде СО2 (MIG-сварка) - относительно новый вид сварки, активно развивающийся последние 20-25 лет. Ошибочно считается, что полуавтоматическая сварка в среде СО2 предназначена только для сварки тонколистовых конструкций из низкоуглеродистой стали (например, кузовов автомобилей в авторемонтных мастерских). Действительно, в авторемонте широко применяются маломощные (как правило, однофазные) полуавтоматы, однако реальный диапазон применения полуавтоматической сварки в среде СО2 значительно шире. С ее помощью сваривают металлоконструкции толщиной до 25-30 мм (как и в случае сварки штучным электродом, сварка толстых заготовок производится только после разделки кромок), выполненные из низкоуглеродистых, легированных и жаропрочных сталей (для сварки легированных и жаропрочных сталей используется смесь СО2 и аргона или гелия в соотношении 1:. Сварка может вестись в любых пространственных положениях.

Характерными особенностями последнего способа являются механизированная подача присадочного материала (например, проволоки) в зону сварки и защита сварочной ванны слоем газа (аргоном, гелием, СО. Из-за значительно меньшей стоимости защитного газа наиболее широко применяется полуавтоматическая сварка в среде СО2.

Поскольку защита сварочной ванны обеспечивается газовой средой (а не расплавленным веществом обмазки электрода, как при использовании штучного электрода), сварщик может наблюдать и контролировать весь процесс формирования шва. Кроме того, что полуавтоматическая сварка обеспечивает высокое качество шва, значительно облегчается поджиг дуги, резко возрастает удобство и скорость (т.е. эффективность) работы - сварщик избавлен от необходимости смены электродов и зачистки швов от шлака. К преимуществам можно также отнести значительное снижение вредных выбросов (аэрозолей и дымов) в атмосферу, что улучшает условия труда и упрощает вентиляцию рабочего места.

Сущность этого вида сварки заключается в том, что электродная проволока (для защиты от коррозии ее часто покрывают тонким слоем меди) 0,6-3,0 мм с повышенным содержанием кремния и марганца подается с постоянной скоростью в зону сварки; одновременно в эту же зону поступает углекислый газ, который обеспечивает защиту расплавленного или нагретого электродного и основного металлов от вредного воздействия окружающего воздуха. Защитный газ (углекислота) при этом подается от баллона через редуктор.

Автоматическая сварка под флюсом.

При этом способе сварки электрическая дуга горит под зернистым сыпучим материалом, называемым сварочным флюсом (рисунок 1).

Рисунок 5. Схема сварки под флюсом

Под действием тепла дуги расплавляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса. В зоне сварки образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Газовая полость ограничена в верхней части оболочкой расплавленного флюса. Расплавленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическую обработку металла в сварочной ванне. По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс, прореагировавший с расплавленным металлом, затвердевает, образуя на шве шлаковую корку. После прекращения процесса сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва. Не израсходованная часть флюса специальным пневматическим устройством собирается во флюсоаппарат и используется в дальнейшем при сварке.

Достоинства способа:

Повышенная производительность;

Минимальные потери электродного металла (не более 2%);

Отсутствие брызг;

Максимально надёжная защита зоны сварки;

Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

Мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги;

Не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса;

Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва;

Малые затраты на подготовку кадров;

Отсутствует влияния субъективного фактора.

Недостатки способа:

Трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов;

Трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;

Неблагоприятное воздействие на оператора;

Нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования.

Области применения:

Сварка в цеховых и монтажных условиях

Сварка металлов от 1,5 до 150 мм и более;

Сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов.

При выборе способа сваривания необходимо руководствоваться толщиной листа и условиями работы (заводские или монтажные). Условно можно принять что рациональные толщина для ручного сваривания от 4 до 14мм, полуавтоматического в защитных газах от 2 до 14мм, автоматического под флюсом от 10мм. Определения условий работы позваляет правильно выбрать способ. Так, автоматическая сварка наиболее качественна и продуктивна, но имеет низкую универсальность процесса, поэтому используется практически в заводских условиях. Ручная сварка наиболее универсальный способ, но низкое качество и продуктивность, практически, ограничивают её использование в заводских условиях. Полуавтоматическая сварка имеет промежуточные показатели, поэтому может использоваться в различных условиях.

Выбираем автоматическую дуговую сварку под флюсом.

Г) При подборе свариваемых материалов мы учитываем, что РДС это искусственно покрытые электроды, для НДС - свариваемый дрот и защитный газ, для АДС - свариваемый дрот и флюс.

Электроды подбираем исходя из границ прочности у_в которая приводится в типе электрода, а точнее металла шва, который получается после переплавки электрода, должна соответствовать границе прочности стали. Поскольку у_в=450<600 Мпа, то для ручной сварки аппаратуры из стали 16ГС рекомендуется применять электроды типа Э50А по ГОСТ 9467 и ГОСТ 9466.

Род тока мы определяем исходя из марки стали. Поскольку у нас низколегированная сталь то ток у нас - постоянный.

Положение сварки может быть всех типов.

Марка сварочной проволоки Св-08ГА.

Марка флюса АН-348А.

Коэффициент наплавления [] - 10,5.

Режим прожаривания

а) температура, ⁰С - от - 30 до +475°С

б) час, секунды - 60.

Граница прочности (временное сопротивление у_в) - 450.

Относительное удлинение д, % - 18;

Ударная вязкость (КС), Дж\ см^{2 -} 88.

Защитные газы делятся на активные и инертные. Для сварки углеродистых сталей используем активные газы. Флюсы делятся за различными признаками на плавильные и керамические, стеклоподобные и пемзаподобные. Наиболее распространённые плавильные, стеклоподобные флюсы. Выбираем плавильный флюс.

Д) Для определения режима дугового сваривания выбираем диаметр электрода 5мм, исходя из толщины заготовки 10мм.

Диаметр провода подбираем по рекомендации исходя из толщины.

Величину силы тока для РДС подсчитываем по формуле:

, или ,

где d_е - диаметр электрода, 5мм;

- коэффициент который зависит от диаметра электрода - 45мм.

І_св =225А;

Напряжение на дуге для РДС можно подсчитать по формуле:

U_д = б+в l_д,

где б = 10.12 [В] (для стальных електродов);

в = 2,0 … 2,5 [В/мм], коэффициент, который характеризует падение напряжения на электродах в дуге, соответственно.

Длинна дуги [мм]:

l_д= 0,5 (d_е+ 2).

L_д= 3,5мм.

U_д = 18,7В,

Время и скорость сварки можно определить по формулам для всех способов сваривания:

,

Где m_н - масса наплавленного металла [г], определённая ранее в предыдущем пункте;

б_н - коэффициент наплавления [] (для АДС б_н можно условно принять как такой, что равен 12…13 и 16…20 (соответственно);

- сила тока сварки [А], определяется в данном пункте.t_св=0,52ч.

Скорость сварки []:

V_св = ,

где - суммарная длинна сварных швов [м], определяется в предыдущем пункте;

t_св - время сварки [ч], найденный ранее.

V_св =0,54.

Е) При выборе оборудования необходимо ограничится источником питания, для АДС - автоматом. Ранее мы определили род тока - постоянный и сила тока =225А. Наилучшим выбором может быть выпрямитель с номинальной силой тока чуть больше посчитанной. Выбираем выпрямитель марки ВД-301 [1, табл. VI.6] с характеристиками:

Сила тока номинальная, А 300

Напряжения номинальное, В 32

Коэффициент полезного действия 0,72

Габарит, мм 1200x756x830

Масса, кг 230

Электрододержатель выбираем ЭД-31, исходя из силы тока и диаметра электрода [1, VIІІ.1], =225А, d_е =5мм.

Сварочный ток, А 315

Максимальный сварочный ток, А, не более ПВ-100% -250, ПВ-35% -400

Диаметр электрода, мм 4-6

Масса, кг, не более 0,5

Полу автомат для дуговой сварки плавящимся электродом выбираем ПДГ-305, исходя из силы тока и диаметра провода [1, табл. VIІ.9, VIІ.12] =225А. Диаметр алюминиевого провода d_п =2мм подбираем исходя из номинального сварочного тока 315А.

Сварочный ток номинальный, А 315

Электродная проволока, мм 0,8-1,4

Тип источника питания ВДГ-302

Габарит шкафа управления, мм 500х460х700

Габарит механизма подачи, мм 362х284х153

Масса шкафа управления, кг 74

Масса механизма подачи, кг 12,5

Конструктивная особенность плавное регулирование скорости падачи.

Ж) Техническое нормирование процесса включает в себя определения трат: материала, времени, электроэнергии.

Трата материалов - это трата проволоки и флюса для АДС.

Массу проволоки подсчитываем по формуле для электродов, при этом = 1, =1, =1,02…1,03, m_н = 1,406кг.

М_е = ,

Где m_н масса наплавленного металла [кг] определяется в пункте б);

- коэффициент утрат на угар и разбрызгивание;

- коэффициент утрат на обмазку;

- коэффициент утрат на огарки.

М_е = 1,434кг.

Расход флюсу при АДС [кг] можно подсчитать по формуле

М_ф = G_н,

где G_н - насыпная масса флюса на 1 погонный метр сварного шва [],

- суммарная длинна сварных швов, [м]:

G_н = ,

Где - сила тока [А];

- напряжение на дуге [В];

- скорость сварки [];

= 0,0024 - коэффициент, который зависит от марки флюсов, режимов сваривания, технологических особенностей и т.д.

G_н = =18,7,

М_ф =5,28кг.

Расход времени (полный) [ч], можно определить по формуле:

Т_{п. св} = ,

- коэффициент расхода времени, может быть равен от 0,4 до 0,8. Для АДС = 0,7

Т_{п. св}=0,74ч.

Расход электроэнергии [кВт•ч] можно подсчитать по формуле:

А = ,

де - соответственно: сила тока, напряжение на дуге, час сварки, полный час сварки; - коэффициент расхода, или условно коэффициент полезного действия источника, определяется по характеристики источника питания (пункт 5);

- мощность, которая используется источником питания при работе на холостом ходу, кВт. Величину можно принять в зависимости от рода тока и (к. к. д.).

Для постоянного тока, при = 0,6.0,8 (для выпрямителей), = 2,0.3,0 кВт.

А = =3126,12 кВт•ч.

З) Причины возникновения дефектов сварки.

Подрезы - это углубления в основном металле. Причина их возникновения - большой сварочный ток и длинная дуга. При выполнении угловых швов основной причиной возникновения подреза будет смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Суть в том, что при таком смещении электрода возникает сильный разогрев вертикальной стенки, металл там плавится раньше и стекает на горизонтальную полку, образуя наплывы.

Непровар. Возникновение этого дефекта кроется в малом угле скоса свариваемых кромок и небольшом зазоре между ними. Загрязнение кромок тоже может быть причиной непроваров. При самом процессе сварки непровар может дать недостаточный сварочный ток, завышенная скорость сварки, неточное направление электродной проволоки. Обычно место образования непровара - корень шва. Если применялась автоматическая сварка, то непровары образуются обычно в самом начале шва. Поэтому при автоматической сварке советуем начало сварки проводить на специальных входных планках.

Прожог (сквозное проплавление) возникает из-за большого тока при малых скоростях сварки, из-за наличия большого зазора между кромками. Наиболее часто прожоги образуются при выполнении первого прохода многослойного шва и при сварке тонкого металла. Если под свариваемый шов плохо поджата флюсовая подушка или медная подкладка - тоже может возникнуть прожог.

Наплыв представляет собой затекание жидкого металла непосредственно из сварочной ванны на кромки холодного основного металла. Наиболее часто наплывы возникают при сварке горизонтальных швов на вертикальных плоскостях. Обычные причины наплывов - большой сварочный ток, неправильный наклон электрода, излишне длинная дуга.

Трещины - самые опасные дефекты, так как создают резкую концентрацию напряжений. Трещины появляются при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате слишком быстрого охлаждения. Часто трещины образуются в сварных соединениях жестко закрепленных конструкций. Иногда трещины возникают при охлаждении сварных конструкций на воздухе. Они могут располагаться вдоль и поперек сварного соединения, а также в основном металле, в местах сосредоточения швов и приводить к разрушению сварной конструкции. Причинами образования трещин являются большие напряжения, возникающие в сварных соединениях при сварке. На образование трещин влияет повышенное содержание серы и фосфора. Сера увеличивает склонность металла шва к образованию горячих трещин, а фосфор - холодных. Горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла шва, т.е. при высоких температурах, а холодные - при относительно низких температурах (ниже 100-300°С).

Кратеры образуются при обрыве дуги в виде углублений в застывшей сварочной ванне. Место кратера должно быть заварено. При автоматической сварке шов обычно заканчивают на выводной планке, где и появляется кратер. Поры появляются вследствие того, что газы, растворенные в жидком металле, при быстром охлаждении шва не успевают выйти наружу и остаются в нем в виде пузырьков. Размер пор колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Обычная форма возникающих пор - сферическая. Если поры выходят на поверхность - это свищи. Причины образования пор: масло, краска, окалина, ржавчина, всякие другие загрязнения. Причиной может быть и использование сырых непросущенных электродов. Это же относится и к сырым флюсам и к примесям в защитных газах. Излишне большая скорость сварки нарушает газовую защиту сварочной ванны, что тоже ведет к появлению пор. Поры появляются и при неверном выборе сварочной проволоки, особенно в том случае, если сварка осуществляется в углекислом газе.

Включения шлака в сварочном шве. Речь идет о неметаллических включениях (несколько миллиметров) в линиях шва. Формы включений могут быть самые разные. Обычно такие включения располагаются на границе соединения основного металла с наплавленным. Причины возникновения шлаковых включений - грязь на кромках, малый сварочный ток и большая скорость сварки.

Несплавления. Это означает, что металл сварного шва не сплавился с ранее наплавленным металлом или не сплавляется с основным металлом. Причины - плохая зачистка свариваемых кромок, грязь, большая длина дуги, недостаточная сила тока, большая скорость сварки

Устранение дефектов сварки. Все дефекты сварного шва подлежат обязательному устранению, а если это невозможно, сварное изделие бракуется. В конструкциях из стали допускается устранение дефектов плазменно-дуговой или воздушно-дуговой строжкой с последующей обработкой поверхности абразивами. Можно устранять наружные дефекты шлифовкой. Если производится заварка выборок в швах, подлежащих обязательной термической обработке (из легированных и хромистых сталей), то приступать к исправлению дефектов следует только после отпуска сварного соединения (при 450-650°С).

При удалении дефектных мест целесообразно соблюдать определенные условия. Длина удаляемого участка должна быть равна длине дефектного места плюс 10 - 20 мм с каждой стороны, а ширина разделки выборки должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не превышала его двойной ширины до заварки. Форма и размеры подготовленных под заварку выборок должны обеспечивать возможность надежного провара в любом месте. Поверхность каждой выборки должна иметь плавные очертания без резких выступов, острых углублений и заусенцев. При заварке дефектного участка должно быть обеспечено перекрытие прилегающих участков основного металла. После заварки участок необходимо зачистить до полного удаления раковин и рыхлости в кратере, выполнить на нем плавные переходы к основному металлу.

Удаление заглубленных наружных и внутренних дефектов (дефектных участков) в соединениях из алюминия, титана и их сплавов следует производить только механическим способом - вышлифовкой абразивным инструментом или резанием, а также вырубкой с последующей зашлифовкой.

Подрезы принято устранять наплавкой ниточного шва по всей длине дефекта. Однако это ведет к повышению расхода сварочных материалов. В таких случаях целесообразно применять оплавление подреза аргонодуговыми горелками, что позволяет "сгладить" дефекты без дополнительной наплавки.

Наплывы и неравномерности формы шва исправляют механической обработкой дефекта по всей длине.

Кратеры швов заваривают.

Список литературы

1. Сварка и резка в промышленном строительстве.: Справочник строителя. В 2 т. /Б.Д. Малышев, А.Н. Акулов, Е.К. Алексеев и др. Под редакцией Б.Д. Малышева. - 3-е издание, переработанное и доп. - М.: Стройиздат, 1989. - С.590 и с.400.

2. Технология металлов и сварка. Учебник для вузов. Под ред.П.И. Полухина, М., Высшая школа, 1977, - 464 с.: ил.

3. Дриц М.Е., Москалёв М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебник для вузов. - М., Высшая школа, 1990, - 447 с,: ил.

4. Лахтин Ю.М. Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений, - 3-е издание, переработанное и дополненное - М.: Машиностроение, 1990, - 528 с.: ил.

5. Лахтин Ю.М. Материаловедение и техническая обработка металлов. Учебник для вузов, - 3-е издание - М.: Металлургия, 1983, - 360 с.

6. Древний мир металла http://www.drevniymir.ru/ellinizm06.html

7. Металлы - все о металлах http://www.metaltime.net/? p=116

8. Центральный металлический портал РФ http://metallicheckiy-portal.ru/articles/produkcia/primenenie_chuguna

9. Украинская ассоциация сталеплавщиков http://uas. su/books/2011/pigiron/15/razdel15. php

10. http://ru. wikipedia.org/wiki/Лом_ (инструмент)

11. Форум сварщиков http://www.polybum.com/welding/defects/def1/

Размещено на Allbest.ru