Электрическая сварка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрическая сварка - великое русское изобретение.

В 1802 году В.В. Петров впервые в мире открыл явление электрической дуги и указал на возможность использования тепловой энергии дуги в расплавлении металлов. Он первый построил самую большую для того времени батарею, при помощи которой и проводил свои опыты. Эти замечательные опыты с электрической дугой В.В. Петров опубликовал в 1803 году. В ней указывается на возможность применения электрической дуги.

Первый в мире электродуговую сварку осуществил русский инженер Николай Николаевич Бенардос (1842-1904 гг.). Работы над созданием крупных аккумуляторных батарей привели его в 1882 году к изобретению способа электрической дуговой сварки металлов в России и ряде других стран.

Дальнейшее развитее сварки нашло применение в работах Н.Г. Славянова (1854-1897 гг.). С именем Славянова связано развитие металлургических основ электрической сварки и создание метода сварки металлическим электродом. Ему также принадлежит заслуга создания автоматического регулятора длины дуги и первого сварочного генератора.

Н.Г. Славянов на Пермских пушечных заводах, начальником которых он являлся, организовал значительный по тем временам электросварочный цех и выполнявший большое количество сварочных работ с искусством заслуживающий внимание и в настоящее время. С 1891 по 1894 года лично С.Г. Славяновым и под его руководством выполнено ремонтно-сварочных робот на 1631 изделий с общим весом 250 тонн и израсходовано при этом 11 тонн электродов.

Н.Г. Славянов являлся инженером-металлургом, глубоко понимал физико-химическую сущность процессов, происходящих при сварке и разработал ряд флюсов и шлаков, позволяющих получить высококачественный, наплавленный метал.

Развитие сварки можно разделить на три этапа:

первый этап с 1924 по 1935 год. Сварочный процесс в то время осуществлялся вручную, электродами без покрытия или с тонким изолирующим покрытием электродов.

Второй этап с 1935 по 1940 год. В эти годы сварка широко внедрялась во всех отраслях промышленности на базе применения электродов со специальным покрытием.

Третий этап с 1940 года. Этот этап характеризуется максимальным внедрением механизации в сварочный процесс на базе разработанного в 1940 году под руководством Е.О. Патонова современного способа автоматической сварки под слоем флюса.

Большие заслуги в деле развития и совершенствования теории и практики сварочного производства имеют коллективы Института им. Е.О. Патона АНУССР, ЦНИИТМаш, ЛПИ им. Калинина, МВТУ им. Баумана, отраслевых ЦНИИ, завод «Электрик», Кировского, Уралмаш и др.

Применение сварки даёт не только экономию металла (на 20-25%), но и экономию времени и рабочей силы.

Разработаны и применяются в некоторых отраслях промышленности новые методы сварки: сварка давлением, трением, ультразвуком, токами высокой частоты, плазменной дугой, сварка электронным лучом в вакууме, диффузионная сварка в вакууме, взрывом, сварка под водой лучом лазера. В ближайшие годы можно достичь серьезных дальнейших успехов в развитие и в промышленном применении новых видов сварки. Произошли достижения в области механизации и автоматизации сварочных процессов, которые позволили поднять на высокий технический уровень изготовление котлов, труб и трубопроводов, морских и речных судов, нефтеаппаратуры, прокатных станков, мощных прессов и насосов и других машин и механизмов.

1. Основная часть

сварочный сталь углеродистый металл

1.1 Классификация стали

Сталью называется сплав железа с углеродом, где содержание углерода до 2%.

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают, стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процентах.

Основным элементом в углеродистых и конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные.

Стали, углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

Группа А - по механическим свойствам

Группа Б - по химическому составу

Группа В-по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают, стали следующих марок:

Группа А - Ст 0, Ст 1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;

Группа Б - БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСт 3, БСт 4, БСт 5, БСт 6

Группа В-ВСт 0, ВСт 1, ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение КП - кипящая ПС - полуспокойная СП - спокойная.

Кипящей стали, не обладают повышенной хладноломкостью, поэтому они не пригодны для изготовления ответственных сварных деталей и конструкций, работающих при низких температурах.

Полуспокойные стали в меньшей степени склонны к трещинообразованию при сварке, чем кипящие.

Хорошо свариваются, спокойные стали, они имеют однородную структуру и могут применяться для изготовления ответственных сварных конструкций. Углеродистые стали делятся в свою очередь на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали.

Низкоуглеродистые стали содержат углерода до 0,20%, свариваются хорошо, и не требуют, по той либо особой технологии.

Среднеуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,45%, свариваются несколько хуже. При сварке этих сталей в участках, принадлежащих к сварному шву, образуются закалочные зоны, в которых могут возникать трещины.

Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода более 0,45%, обладают плохой свариваемостью, и требуют при сварке ряда технологических ограничений.

Легированной сталью называется такая сталь, в составе которой имеются в определённых количествах специальные легирующие элементы до 65%, введенные с целью придания стали особых механических и физико-химических свойств.

Все легированные стали, по своему назначению могут быть подразделены на следующие группы: низколегированные стали - с содержанием легирующих элементов до 2,5%, эти стали, производятся, для получения стали высокими механическими свойствами, работающих при нормальной температуре. В качестве легирующих элементов в них содержится недефицитные материалы, как например: марганец, кремний, хром.

Среднелегированные стали - содержание легирующих элементов в этих сталях от 0,25% до 10%. Эти стали применяются для специальных механических конструкций. Эта группа сталей отличается повышенным содержанием углерода от 0,2% до 0,5% и легирующими элементами, вызывающими глубокую прокаливаемость.

Эти стали приобретают повышенные механические свойства только после соответствующей термической обработки.

Высоколегированные стали - содержание легирующих специальных элементов в этих сталях от 10% до 65%. Эти стали, обладающие особыми физико-химическими (нержавеющие и жаропрочные) эти стали свариваются плохо.

Маркировка всех легированных конструкционных сталей однотипна, первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях, буквы являются условным обозначением легирующих элементов, цифра после буквы обозначает содержание легирующих элементов в процентах, причём содержание, равно одному проценту и меньше не ставится. Буква «А» в конце марки показывает, что сталь высококачественная и имеет пониженное содержание серы и фосфора. Для отдельных легирующих элементов приняты следующие буквенные обозначения: Н - никель, Х - хром, В-вольфрам, Ф - вонадий, К - коболь, С - кремний, М - молибден, Г - марганец, Д - медь, Т - титан, Ю - алюминий.

Коробчатая конструкция изготовлена из стали Ст 3, она имеет следующий химический состав:

Fe - до 99%

C - 0,05 - 1,7%

Si - 0,15 - 0,35%

Mn - 0,3 - 0,8%

S - до 0,06%

P - до 0,07%

И относится по классификации стали к низкоуглеродистой, т. к. содержание углерода в ней до 0,25%.

1.2 Определение свариваемости стали

Свариваемость стали.

Под свариваемостью понимается свойства металла или свойства металла образовывать установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

При определении понятия свариваемости необходимо различать

физическую, технологическую и эксплуатационную свариваемость.

Физическая или металлургическая свариваемость определяется процессами, происходящими на границе соприкасания свариваемых деталей при различных физико-химических методах соединения металлов.

На границе соприкасания соединяемых деталей должны произойти физико-химические процессы (рекристаллизация, химическое соединение и т.д.), в результате которых образуется прочное неразъёмное соединение - сварка.

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения определённым способом сварки. Основными показателями технологической свариваемости является стойкость расплавленного металла при сварке против образования горячих трещин и изменения в металле под действием термического цикла сварки. Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы сварки, способы сварки, технологическую последовательность выполнения работ, обеспечивающие получение требоваемого сварного соединения.

Данные эксплуатационной свариваемости определяют конкретной области и условия допустимого применения материалов, сварных конструкциях и сварных изделиях.

На свариваемость металлов и сплавов оказывают влияние химические элементы, входящие в их состав.

Свариваемость стали изменяется в зависимости от содержания в ней углерода и легирующих элементов.

По свариваемости стали делятся на четыре группы:

Первая группа - хорошо сваривающиеся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали, при обычных способах сварки не дают трещин, сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки.

Вторая группа - удовлетворительно сваривающиеся стали, у которых

Сэкв в пределах от 0,25% до 0,35%, такие стали допускают сварку без появления трещин только в нормальных производственных условиях, когда температура окружающей среды выше ноля градусов и отсутствует ветер и т.д.

В условиях, отличающихся от нормальных предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой.

Третья группа - С ограниченной свариваемостью, где С экв в пределах от 0,35% до 0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склоны к образованию трещин. Сварка таких сталей производится по специальной технологии, регламентирующей режимы предварительной термообработки и тепловой обработки после сварки.

Четвёртая группа - с плохой свариваемостью, где С экв более 0,45%. Стали, входящие в эту группу, наиболее трудно поддаётся сварке, склонны к образованию трещин. Сварка их выполняется с обязательной предварительной термообработкой перед сваркой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Температура подогрева для низколегированных сталей четвёртой группы в зависимости от величины, для предупреждения образования трещин сварки сталь этой группы выполняется с С экв принимается следующее:

Эквивалент углерода (С экв) в%	0,58	0,60	0,62	0,74	0,85
Темп. подогрева (0С) (по Цельсию)	100	125	150	175	200

1.3 Требования к источникам питания дуги

Важное условие получения сварного шва высокого качества является устойчивость процесса сварки. Для этого источники питания дуги должны обеспечить возбуждение и стабильное горение дуги. Для этого необходимо чтобы источники питания дуги удовлетворяли следующим требованиям:

1. Напряжение холостого хода Uxx = 90 вольт для постоянного тока. Напряжение холостого хода равен 80 вольт для переменного тока - это необходимо для лёгкого возбуждения дуги и недолжно превышать норму безопасности.

2. Напряжение устойчивого горения дуги (рабочее напряжение) должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длинны дуги. С увеличением длинны дуги, напряжение возрастает. С уменьшением длины дуги напряжение убывает.

3. Ток короткого замыкания не должен превышать сварочный ток более чем на 40 - 50%, при этом выдерживать продолжительные короткие замыкания сварочной цепи.

4. мощность источника питания должна быть достатачной для выполнения сварочных работ.

1.4 Внешняя вольт-амперная характеристика источников питания дуги

Внешняя вольт - амперная характеристика источника питания дуги.

Источник тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю вольт - амперную характеристику.

Внешней характеристикой источника питания называется зависимости напряжения на его выводах от силы сварочного тока в электрической цепи. Различные источники питания дуги в зависимости от их конструкций и назначения могут иметь сведущие вольт - амперную характеристики: падающая, пологопаюдащая, жесткая, и возрастающая.

Источники тока выбирают зависимости от вольт - амперной характеристика дуги соответствующим принятому способу сварки. Источники сварочного тока с падающим (1,2) характеристиками необходимы для облегчения зажигания дуги засчет повышенного напряжения холостого хода Ихх и для облегчения устойчивого горения дуги колебаниях ее длины.

Источники питания дуги с жесткой(3) и возрастающей(4) характеристики применяют для сварки плавящимся электродом в атмосфере, защитных газах и для электрошлаковой сварки.

1.5 Подбор сварочного оборудования и источника питания дуги

Полуавтомат А - 547У для сварки в газе: представляет собой пульт управления, горелки, шланга для подачи проволоки, чемодана с подающим механизмом и катушки для проволоки, сварочного провода, кнопки «Пуск» для подачи напряжения от источника питания для дуги и двигателя полуавтомата.

Сварочный выпрямитель ВДГ - 301: представляет собой понижающий трехфазной трансформатор с подвижной обмоткой, блока вентилей и устройства, регулирующего сварочный ток.

Назначение источника питания дуги

Сварочный выпрямитель типа ВДГ - 301 Предназначены для питания дуги при полуавтоматической сварке плавящимися электродами в среде углекислого или инертного газа.

Полуавтомат А - 547У позволяет сваривать сталь 0,8 мм и выше, им выполняются угловые швы катетами1 - 7 мм в различных положениях шва.

Устройство выпрямителя ВДГ - 301 и полуавтомата А - 547 У.

Он состоит из понижающего трехфазного трансформатора с подвижной обмоткой, блока вентилей и устройства, регулирующего сварочный ток. Трансформатор выпрямителя имеет два диапазона регулирования сварочного тока: малых токов - при включении обмоток трансформатора звездой и больших токов - при включении треугольников. Он состоит из легкого чемодана с подающим механизмом и катушкой для проволоки и пульта управления, смонтированного вместе с источником питания.

Автоматическая подача проволоки с катушки осуществляется подающим механизмом, состоящим из электродвигателя переменного или постоянного тока, коробки скоростей ведущего и прижимного ролика. Проволока подается роликами с постоянной заданной скоростью через внутренний канал гибкого шланга, держатель и наконечник.

Одной из основных частей полуавтомата является шланг, состоящий из проволочной спирали с оплеткой и резиновой оболочкой, по внутреннему каналу которой проходит электродная проволока.

Полуавтомат А - 547У снабжается легкой горелкой (массой 120г) для сварочной проволоки диаметром 0,8-1,0 мм, со шлангом длиной 1,2 м и тяжелой горелкой - для проволоки 1,2 - 1,4 мм. Газ подводится по отдельной трубке, присоединенной к штуцера.

Принцип действия или работы

Сварочный выпрямитель типа ВДГ - 301 предназначен для питания дуги полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде углекислого или инертного газа.

Подача проволоки плавно регулируется изменением скорости электродвигателя постоянного тока и сменой подающих роликов. Особенностью полуавтомата является питание электродвигателя и других цепей управления от источника питания постоянного тока. Перед началом сварки выключателем / включателем (ВК) производится подключение всей цепи полуавтомата. После нажатия кнопки «Пуск», расположенной на щитке сварщика, замыкается цепь катушки силового контактора, срабатывает контактор и на горелку подается сварочное напряжение источника питания; одновременно включается двигатель механизма подачи проволоки, который начинает подавать ее в зону сварки.

Процесс сварки продолжается до тех пор, пока замкнута кнопка «Пуск». При отпускании кнопки процесс сварки прекращается. Технические данные ВДГ - 301

Номинальный сварочный ток при ПР=60%, А	300
Пределы регулировки тока, А	40-300
Напряжение, В номинальной рабочее питающей сети	30 380
Потребляемая мощность, кВ*А	15
Размеры, мм высота ширина глубина	960 775 700
Масса, кг	210
Изготовитель	СЭМЗ

Технические данные сварочных полуавтоматов

Сварочный полуавтомат	Номинальный Сварочный ток при ПВ=60%.А	Способ защиты дуги	Диаметр электродной проволоки, мм	Скорость подачи электродной проволоки, м/ч	Длина шланга, м	Масса Подающего устройства, кг
А-547У А-765 А-825М А-1230М	315 500 315 315	Г О Г Г	0,8 - 1,4 2 - 3,5 0,8 - 1,4 0,8 - 1,4	160-640 72-720 140-650 145-680	1,5; 2,5 3 1,5; 2,5 1,5; 2,5	6,25 20 11 10

1.6 Обслуживание источников питания дуги

Обслуживание электросварочного оборудования, в том числе и источников питания дуги, входит в обязанности главного сварщика или главного энергетика или другого ответственного и назначенного приказом по предприятию. Он организует монтаж оборудования, обучение обслуживающего персонала (электромонтеров по сварочному оборудованию, наладчиков и др.), наблюдение за правильностью эксплуатации и ремонта оборудования. Подключение и отключение от сети, заземления и техническое обслуживание с ремонтом источников питания производятся обученными электромонтерами, допущенными к этим работам.

На предприятиях, где нет специально закрепленных к сварочным постам электромонтеров, сварщикам разрешается подключать и отключать сварочные провода, продувать сжатым воздухом сварочные преобразователи и трансформаторы, чистить коллекторы, закреплять контакты сварочной цепи.

Основные обязанности сварщика по обслуживанию источника питания:

1. Перед включением источника питания очистить его от пыли и грязи, проверить надежность изоляции сварочных проводов и их присоединения, а также оградить место сварки щитами, ширмами или брезентовыми занавесями. При обнаружении дефектов в источнике и в сварочных проводах сообщить об этом мастеру, наладчику или электромонтеру для их устранения. Рекомендуется иметь журнал для регистрации неисправностей и их устранений.

2. Убедиться в наличии заземления.

3. Обеспечить защиту оборудования от атмосферных осадков.

4. Включить источник питания магнитным пускателем или рубильником.

5. Во время сварки работать в брезентовых рукавицах и брезентовом костюме. В сырую погоду или в сыром помещении пользоваться резиновыми ковриками.

1.7 Подготовка металла под сварку

Подготовку металла для изготовления сварных конструкций можно разделить на следующие операции: очистка, правка, разметка, резка. Оборудование для очистки. Для очистки проката, деталей и сварочных узлов применяют механические и химические методы. К механическим методам относится способы очистки: дробеструйная, дробеметная, на завистных станках, в галтовочных барабанных, с помощью ручных пневматических и электрических машин. К химическим методам относятся обезжиривание и травление, выполняемые ванным или струйным способами.

Оборудование для правки. Правка необходима для выправления проката до его обработки и заготовки после вырезки, которая производится путем пластического изгиба или растяжения металла. По принципу действия оборудование для правки разделяется на ротационные машины, прессы:

винтовые, гидравлические колонные, гидравлические с передвижным порталом, гидравлические и кривошипные горизонтальные, гидравлические и кривошипные одностоечные.

Оборудование для разметки - это слесарная операция нанесения на обрабатываемую заготовку разметочных линий, определяющих контур будущей детали или места, подлежащего обработке.

Оборудование для резки. В производстве сварных конструкций применяют ножницы: листовые с наклонным ножом, высечные, дисковые, комбинированные, сортовые, для резки уголка, для резки швеллеров и двутавров, пресс - ножницы комбинированные, механизировано - ручные пневматические и электрические.

1.8 Технология сборки и контроль

Сборку деталей под полуавтоматическую сварку выполняют более тщательно, чем под ручную. Особое внимание следует уделять равномерности зазора по всей протяженности шва, так как в местах с повышенным зазором швы получаются вогнутыми, а в местах с небольшими зазорами кроме непроваров получается слишком большая, выпуклость шва.

Сборку коробчатой конструкции производят на ровной плоскости.

Ее можно производить полуавтоматической сваркой, сварочной проволоки d = 1 мм, марка проволоки Св - 08ГС, сила сварочного тока Iсв = 75 - 120 А.

Сборку 1 узла производим в нижнем положении в горизонтальной плоскости.

Производим прихватки на размер 500 мм, от краев на расстояние 20 мм, длина прихваток (Lпр.) равна 10 мм расстояние между прихватками (Lт.пр.) примерно 35 мм, количество прихваток 9 шт. Проверяем углы на 90^о и размер узла.

Сборку 2 узла производим аналогичную сборку на размер 500 мм, как у 2 узла на размер, от краев отступаем по 20 мм, длина прихваток 10 мм расстояние между прихватками 45 мм, количество прихваток 9 шт.



Сборку 3 узла производим аналогично размером стенки 500 мм как 1 узел размером стенки 600 мм как 2 узел.

Сборку 4 узел (готовое изделие) производится аналогично размер стенки 500 мм как у 1 узла, и 2-х стенок размерами 600 мм 2 узла.

Контроль всех узлов осуществляем следующие образом: проверяем размер, проверяем узлы на 90^о, сверяем диагонали. После контроле сборки можно приступать к сварке.

1.9 Технология сварки и контроль

К основным факторам (параметрам) режимов сварки в защитных газах относится: диаметр электродной проволоки; марка проволоки; сила сварочного тока; напряжение дуги; скорость подачи электродной проволоки; скорость сварки; вылет электрода; расход защитного газа; наклон электрода вдоль оси шва; род тока и полярность. Кратко рассмотрим влияние отдельных факторов (параметров) режима на форму и размеры шва, а также его качество.

Диаметр электродной проволоки выбирают в пределах 0,5 - 3 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. С уменьшением диаметра проволоки при прочих равных условиях повышается устойчивость горение дуги, увеличивается глубина провара и коэффициент наплавки, умещается разбрызгивание жидкого металла. С увеличением диаметра проволоки должна быть увеличена сила сварочного тока.

Марка электродной проволоки. Углекислый газ является окислителем. При сварке в его среде происходит окисление железа и примесей, находящихся в стали. Для восстановления их сварка должна производится специальными электродными проволоками, в состав которых входят раскислители. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей такими проволоками являются Св - 08ГС, Св - 08Г2С, Св -12ГС, Св - ХГ2С и другие (ГОСТ 2246 - 70) с повышенным содержанием марганца и кремния.

В среде инертных защитных газов обычно сваривают легированные и высоколегированные стали. В этом случае электродные проволоки выбирается примерно того же состава, что и свариваемый металл. Так, при сварке в аргоне хромоникелевой стали 12Х18Н9Т применяют электродную проволоку Св - 06Х19Н9Т. при неправильном выборе марки электродной проволоки возможно образование пор в шве.

Сила сварочного тока. С увеличением силы сварочного тока повышается глубина провара, что приводит к увеличению доли основного металла в шве. Ширина шва сначала несколько увеличивается, а затем уменьшается. Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от выбранного диаметра электрода.

Напряжение дуги. С увеличением напряжение дуги глубина провара уменьшается, а ширина шва увеличивается. Чрезмерное увеличение напряжение дуги сопровождается повышенным разбрызгиванием жидкого металла, ухудшением газовой защиты и образованием пор в наплавленном металле. Напряжение дуги устанавливается в зависимости от выбранной силы сварочного тока.

Скорость подачи электродной проволоки связана с силой сварочного тока. Ее устанавливают с таким расчетом, чтобы в процессе сварки не происходило коротких замыканий и обрывов дуги, а протекал устойчивости от выбранной силы сварочного тока.

Скорость сварки. С увеличением скорости сварки уменьшается все

геометрические размеры шва. Она устанавливается в зависимости от толщины свариваемого металла и с учетом обеспечения хорошего формирования шва. Сварку металла большой толщины лучше выполнять более узкими валиками на большей скорости. При слишком большой скорости сварки конец электрода может выйти из зоны защиты и окислиться на воздухе. Медленная скорость сварки вызывает чрезмерное увеличение сварочной ванны и повышает вероятность образования пор в металле шва.

Вылет электрода. С увеличением вылета электрода ухудшается устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание жидкого металла. Очень малый вылет затрудняет наблюдение за процессом сварки, вызывает частое подгорание газового сопла горелка до поверхности металла, так как с увеличением этого расстояния ухудшается газовая защита зону сварки и возможно попадание кислорода и азота воздуха в расплавленный металл, что приводит к образованию газовой пор. Величину вылета электрода, а также расстояние от сопла горелки до поверхности металла устанавливают в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки

Расход защитного газа определяют в основном в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки, но на него оказывают также влияние скорость сварки, конфигурация изделия и наличие движения воздуха, т.е. сквозняков в цехе, ветра и др. Для улучшения газовой защиты в этих случаях приходится увеличивать расход защитного газа, уменьшать скорость сварки, приближать сопло к поверхности металла или пользоваться защитными щитами.

Наклон электрода вдоль шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. При сварке углом вперед труднее вести наблюдение заформированием шва, но лучше видны свариваемые кромки и легче направлять электрод точно по зазору между ними. Ширина шва при этом возрастает, а глубина провара уменьшается.

Сварку углом вперед рекомендуется применять при небольших толщинах металла, когда существует опасность сквозных прожогов. При сварке углом назад улучшается видимость зоны сварки, повышается глубина провара и наплавленный металл повышается глубина провара и наплавленный металл получается более плотным.

Диаметр электродной проволоки, мм	0,5 - 0,8	1 - 1,4	1,6 - 2	2,5 - 3
Вылет электрода, мм	7 - 10	8 - 15	15 - 25	18 - 20
Расстояние от сопла горения до поверхности свариваемого металла, мм	7 - 10	8 - 14	15 - 20	18 - 22
Расход углекислого газа, дм3/ мин	5 - 8	8 - 16	15 - 20	20 - 30

Род тока и полярность. Сварку в защитном газе выполняют постоянным током обратной полярности. Постоянный ток прямой полярности и переменный ток почти не применяют из - за низкой устойчивости процесса сварки, неудовлетворительной формирования и плохого качества сварного шва. Переменный ток применяют только при сварки алюминия и его сплавов.

Угловые швы могут выполняться как наклонным, так и вертикальным электродом в лодочку. При сварке наклонным электродом горелка наклоняется поперек шва под углом 30 - 45^о к вертикали, а вдоль шва - на 5 - 15^о.

Торец электрода направляют в угол соединения или смещают от него на расстояние до 1 мм по горизонтальному листу. В процессе сварки горелка перемещают возвратно - поступательно по оси шва без поперечных колебаний. Желательно вести сварку на спуск с наклоном изделия на 6 - 10 ^о. Это улучшает формирование шва, позволяет повышать скорость сварки и уменьшать разбрызгивание металла. Основной трудностью при выполнение угловых швов наклонным электродом является растекание жидкого металла по горизонтальной плоскости, что может привести к подрезам и непроварам. Во избежание этого за один проход обычно формируют угловые швы катетом не более 8 мм. При выполнении угловых швов в лодочку особых трудностей не возникает.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры швов сварочных соединений при механизированной сварке в защитных газах те же, что и при автоматической.

Механизированная сварка в защитных газах может производиться во всех пространственных положениях шва, из которых наиболее удобным является нижнее. Колебательные движения поперек шва сообщают электроду в зависимости от требуемой ширины шва, толщины свариваемого металла и формы подготовленных кромок.

Сварку производим в той же последовательности, что и сборку для уменьшения деформаций и напряжений при сварке. Источник тока ВДГ - 301, марка проволоки СВ - 08ГС, d_эл = 1,2 мм.

В таблице приведены примерные режимы полуавтоматической сварки в среде углекислого газа (СО₂).

Режимы сварки угловых швов углеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа

Толщина металла, мм	Диаметр проволоки, мм	Катет шва, мм	Число слоев	Ток, А	Напряжение, В	Скорость сварки, м/ч	Расход газа, л/мин.
1,0	0,5 0,6 0,8	1,0 1,2-2,0 1,2-2,0	1 1 1	60 60 50	18 18 18-19	18-20 18-20 16-18	5-6 5-6 6-8
1,5 - 2,0	0,8 0,8	1,5-3,0 2,0-3,0	1 1	75 110	18-20 19-20	16-18 16-18	6-8 6-8
1,5 - 3,0	1,0 1,2	1,5-4 2,0-6,0	1 1	75-120 90-130	18-19 19-21	14-18 14-16	8-10 8-10
3,0 -4,0	1,2 1,6 1,6 2,0	3,0-4,0 3,0-4,0 5,0-6,0 7,0-9,0	1 1 1 1-2	120-150 150-180 260-280 300-350	20-22 27-29 27-29 30-32	16-18 20-22 20-25 25-30	12-16 12-16 16-17 17-18
5 и более	2,0 2,0 2,0 2,5	11,0-14,0 13,0-16,0 22,0-24,0 7-8	3 4-5 9 1	300-350 300-350 300-350 300-350	30-32 30-32 30-32 30-32	25-30 25-30 25-30 25-30	17-18 17-18 17-18 17-18

1.10 Дефекты и способы их устранения

Сварные швы по прочности почти не уступают основному металлу. Однако по целому ряду причин в сварных швах встречаются дефекты, ухудшающие механические свойства, герметичность и портящие внешний вид сварных швов и соединений.

Дефекты сварных швов можно разделить на следующие группы: наружные, внутренние и дефекты подготовки и сборки изделий под сварку.

Первой причиной снижения качества сварных швов и конструкций в целом являются дефекты подготовки и сборки изделий под сварку.

Характерные дефекты заготовок и сборки изделий под сварку плавлением:

а) неправильный угол скоса кромок в стыковых швах с У-, Х- и К-образной разделкой кромок;

б) непостоянство угла скоса кромок в стыковых и угловых швах по длине свариваемых элементов;

в) слишком большое или малое притупление по длине соединяемых кромок;

г) слишком большой зазор между кромками для данной толщины металла;

д) непостоянство зазора между кромками по длине соединяемых элементов;

е) несовпадение стыкуемых плоскостей кромок (смещение кромок).

Причинами появления указанных дефектов могут быть неисправности станков, на которых обрабатывали заготовки и приспособления для сборки; низкая квалификация резчика; недоброкачественность материала, ошибки в чертежах и низкая квалификация сборщиков.

Наружные дефекты

К ним относятся неравномерность размеров и формы сварного шва, подрезы, незаплавленные кратеры, трещины, поры, наплывы, прожоги.

Неравномерность размеров и формы сварного шва Уменьшение основных размеров шва по сравнению с нормальными или запроектированными может вызвать разрушение сварного соединения, увеличение расхода электродов и веса конструкций. Характерными дефектами являются: ослабление стыкового соединения, чрезмерное усиление шва, неравномерность высоты и ширины шва по его длине.

Причины указанных дефектов следующие: неравномерное передвижение электрода, неправильная подгонка кромок, несоблюдение режима сварки, низкая квалификация сварщика. Устраняют дефекты дополнительным наложением швов или вырубкой с последующей заваркой.

Подрезы представляют собой углубление (канавки) в основном металле, идущие по краям шва. Подрезы получаются при сварке на повышенном токе, а также от неправильного угла наклона электрода, горелки. Они уменьшают рабочую толщину металла, вызывают концентрацию напряжений и могут быть причиной разрушения швов. Подрезы устраняют заваркой с предварительной расчисткой завариваемого места.

Незаплавленные кратеры. Они образуются при обрыве дуги, остаются на шве в виде углублений. Кратер уменьшает рабочее сечение шва и является очагом концентрации усадочных и температурных напряжений из-за вогнутой поверхности, малого объема расплавленного металла, повышенной скорости охлаждения, обилия пор и раковинных включений. Вследствие этого в кратерах чаще, чем в других местах, возникают трещины, разрушающие сварное соединение. Устраняют дефекты тщательным заплавлением кратеров швов.

Трещины - наиболее опасный вид брака, ведущий к разрушению сварного соединения. Они бывают продольные и поперечные. Продольные трещины в большинстве случаев располагаются около шва, в зоне термического влияния.

Причины образования трещин - закалка и изменение структуры основного металла в зоне термического влияния. Чем выше в свариваемом изделии содержание углерода и легирующих элементов, тем больше возможность образования трещин. Приводят к ним и неравномерный нагрев и охлаждение, усадка металла шва, неправильный выбор способа сварки, сварка при низкой температуре, разница химического и электродного

составов основного металла, повышенное содержание фосфора и серы в стали; наличие дефектов сварки (поры, шлаковые включения, непровары, подрезы); сосредоточение нескольких швов на небольшом участке сварного соединения (конструктивный недостаток).

Меры борьбы с трещинообразованием:

а) применение электродов, дающих пластичный металл шва;

б) сборка в приспособлениях;

в) обратноступенчатый метод сварки (при сварке многослойных швов применять метод сварки «горкой» или «каскадный»);

г) применение прерывистых швов вместо сплошных;

д) предварительный подогрев до 200-300 °С;

е) низкотемпературный отжиг.

При исправлении трещин концы их засверливают, дефект вырубают, разделывают как кромки стыкового шва и заваривают.

Поры образуются вследствие перенасыщения ванны расплавленного металла газами, которые при охлаждении металла шва не успевают выделиться в шлак и атмосферу. Причины появления пор: загрязненность свариваемых кромок, ржавчина, влага на свариваемых кромках, влажность обмазки электродов и флюса, большая длина дуги, неправильная регулировка пламени и чрезмерное остывание сварочной ванны в результате неправильной техники сварки, загрязненная присадочная проволока. Поры нарушают плотность и прочность швов. В шве поры могут располагаться группами, равномерно по всей длине или в виде цепочки. Устраняют поры вырубкой с последующей заваркой.

Наплывы или натеки образуются в результате стекания расплавленного электродного металла на основной металл. Наплывы могут быть местными или по всей длине шва.

Причиной их образования являются нарушения в режиме сварки, чрезмерная сила тока и большая скорость сварки шва. В местах наплывов часто бывает непровар. Наплывы удаляют механическим путем или газовым резаком. Места среза по необходимости проваривают вновь.

Прожоги образуются при сварке металла небольшой толщины и при заварке первого слоя в многослойных швах. Причины: очень большая сила тока и недостаточная скорость перемещения электрода, большой зазор, малая величина притупления, тонкий основной металл. Места прожогов вырубают и заваривают вновь.

Внутренние дефекты

К ним относятся непровары, внутренние трещины, поры, шлаковые включения, перегрев, прожог.

Непровар - недостаточное сплавление или отсутствие сплавления кромок основного металла с металлом шва или между швами. Уменьшая рабочее сечение шва и вызывая концентрацию напряжений в нем, непровар является очень опасным дефектом. Причинами непровара могут быть:

а) неправильная разделка кромок (малый угол скоса и большое притупление кромок, недостаточный или совсем отсутствует зазор между свариваемыми кромками);

б) значительная загрязненность кромок окислами;

в) недостаточная мощность горелки, малая сила сварочного тока и быстрое движение электрода;

г) большая длина сварочной дуги;

д) смещение и перекосы свариваемых элементов;

е) малая величина зазора и большой диаметр электрода для данной разделки шва;

ж) затекание шлака в зазоры между свариваемыми кромками;

з) магнитное дутье;

и) неполное удаление шлака с отдельных валиков при наложении многослойной сварки;

к) низкая квалификация сварщика и др.

Непровар устраняется вырубкой и последующей заваркой шва. Причины возникновения внутренних трещин и пор в металле шва такие же, как и при наружных дефектах.

Шлаковые включения - полости в металле шва, заполненные неметаллическими веществами. Шлаковые включения уменьшают рабочее сечение шва и приводят к ослаблению сварного соединения. Обычно шлаковые включения наблюдаются в местах непровара. Причина появления шлаковых включений - кратковременность остывания малого объема расплавленного металла, что затрудняет полное выделение шлака на поверхность сварочной ванны; тугоплавкость; затекание шлака в зазоры; растрескивание и неравномерность плавления электродного покрытия, частицы которого механически засоряют металл шва; длинная дуга; неправильная техника ведения сварки; окалина и ржавчина на свариваемых кромках.

Перегрев - образование хрупкой крупнокристаллической структуры в зоне термического влияния шва или наплавленного металла, которая вызывает снижение механических свойств и пластичности сварного соединения. Перегрев металла происходит при его длительном нагреве на малой скорости сварки и относительно большой мощности газовой горелки, а также применения горючего с низкой температурой пламени, что замедляет процесс сварки. Последствия перегрева можно исправить только соответствующей термообработкой (отжиг или нормализация) сварного соединения или изделия в целом.

Пережог характеризуется окисленной поверхностью шва. Шов при этом приобретает серый оттенок, рыхлое строение и пониженные механические свойства. Пережженные участки шва следует полностью вырубать до здорового металла и вновь заварить.

При электродуговой сварке этот дефект встречается очень редко, чаще - при газовой сварке.

Деформации, предупреждения и способы их устранения.

Деформацией называется изменение формы и размеров твердого тела под действием какого-либо усилия. Размеры деформации определяются величиной приложенного усилия. Чем больше усилие, тем больше деформация. О величине усилия судят по напряжению. Напряжением называется внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения тела. Следовательно, между напряжением и деформацией существует неразрывная связь.

Внутренние напряжения возникают только в том случае, когда свободному расширению и сокращению детали (узлу) что-либо препятствует. Таким препятствием при сварке являются соседние холодные участки металла вследствие неравномерного его нагрева. Основные причины возникновения напряжений и деформаций при сварке: неравномерный нагрев основного металла, литейная усадка и структурные изменения металла.

Неравномерный нагрев металла. Электродуговая сварка характеризуется высоким и быстрым разогревом небольшого объема металла, который при расширении оказывает давление на прилегающий к нему нагретый металл. После прекращения действия источника нагрева нагретые и наплавленные объемы металла начнут охлаждаться в объеме, т.е. будут стягивать прилегающие слои металла, вызывая деформацию изделия или коробление.

Усадка наплавленного металла - это уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое. При затвердевании металл становится более плотным, объем его сокращается. При сварке происходит продольная и поперечная усадка.

Продольная усадка вызывает сокращение длины листов при сварке продольных швов. Поперечная усадка приводит к короблению листов в сторону большего объема наплавленного металла. Величина деформации зависит от величины зоны нагрева. Вот почему газовая сварка дает большую деформацию, чем ручная дуговая металлическим электродом.

Размеры и положение швов также влияют на величину деформации. Наибольшие деформации вызывают длинные швы, расположенные несимметрично относительно сечения свариваемого профиля. Чем больше швов на узле, тем больше деформация при сварке.

Структурные изменения наплавленного металла. При изменении структуры металла меняются размеры и взаиморасположение его зерен (кристаллов), причем меняется и плотность металла. Эти изменения вызывают возникновение внутренних напряжений. При сварке легированных сталей структурное изменение оказывает более сильное влияние, чем при сварке низкоуглеродистой стали, где эти изменения незначительны и почти не принимаются в расчет.

Мероприятия по уменьшению напряжений и деформаций при сварке. Сварочные напряжения и деформации доставляют немало трудностей при изготовлении и эксплуатации сварных конструкций, так как могут вызывать:

1. изменение запроектированных размеров свариваемых деталей и узлов;

2. искажение и изменение формы отдельных сварных узлов и конструкций;

3. появление трещин и разрывов в процессе изготовления сварных конструкций;

4. разрушение сварных конструкций в процессе эксплуатации, особенно при пониженных температурах.

Мероприятия для уменьшения напряжений по сварке можно разделить на конструктивные и технологические.

Для осуществления конструктивных мероприятий необходимо при выборе основного металла и электродов руководствоваться тем, что основной металл не должен иметь склонности к образованию закалочных структур при остывании на воздухе; учитывать, что электроды должны давать наплавленный металл и иметь пластические свойства не ниже свойств основного металла.

Нельзя допускать скопления швов в конструкции, следует избегать их пересечений. Не допускать короткозамкнутых швов, а также ограничить применение косынок и накладок.

При расстановке ребер жесткости располагать их следует так, чтобы при сварке нагреву подвергались одни и те же места основного металла, так как это уменьшает поперечную усадку стенки, а, следовательно, и всей конструкции.

Применять необходимо преимущественно стыковые швы, которые являются менее жесткими, чем узловые.

Проектируя сложные конструкции, надо предусматривать их изготовление в виде отдельных узлов, которые после соединятся в целую конструкцию.

В сложных сварных конструкциях целесообразнее применять штампованные и литые узлы. Расположение швов не должно затруднять механизацию сварочных работ. Предусматривать сборку и сварку необходимо в приспособлениях, обеспечивающих точную сборку и правильную последовательность сварочных работ.

Технологические мероприятия. Они, прежде всего, предусматривают выбор правильного теплового режима сварки в части нагрева основного металла, а также выбор правильной последовательности наложения швов. Порядок должен быть таким, чтобы свариваемые детали находились в свободном состоянии, особенно это относится к стыковым швам. В первую очередь свариваются стыковые швы балок, а затем угловые.

При сварке цилиндрических резервуаров или полотнищ вначале сваривают стыки каждого пояса, а затем - пояса между собой. Сварку следует производить напроход от середины изделия к краям, но ни в коем случае не варить от краев к его середине. Нельзя ставить прихватки на пересечении швов.

Важное условие в работе - уменьшение зазоров во избежание поперечных усадок и выполнение швов больших сечений в несколько слоев с применением «горки» или «каскадного» метода.

Чем выше температура окружающей среды, тем равномернее и медленнее происходит остывание шва. Сварка на морозе, сильном ветре, сквозняке часто приводит к трещинам. Место сварки должно быть защищено от атмосферных осадков, холода и сквозняков.

Применение обратных деформаций. Перед сваркой изделие подвергается выгибу.

Обратноступенчатая сварка. Проковка уплотняет шов, в результате чего уменьшает действие усадки шва. Последний слой его проковывать не рекомендуется, чтобы не вызвать трещину на поверхности шва.

1.11 Искусственное охлаждение разогретого металла

Сварка деталей в закрепленном положении

Точность сборки. Она гарантирует равномерное сечение швов и уменьшает напряжения.

Предварительный нагрев, глубокий провар корня шва и другие перечисленные мероприятия способствуют уменьшению напряжения и деформаций при сварке, гарантируют предотвращение трещин в процессе сварки и эксплуатации.

После сварки деформированные детали правят. Применяются два вида правки - холодная и горячая.

Холодная правка производится домкратами, прессом, кувалдой или молотком. Метод громоздкий и требует много усилий, возможно образование трещин и разрывов в швах в процессе правки.

Горячая правка производится местным нагревом до пластического состояния выпуклой стороны изделия. После остывания в местах нагрева появляются остаточные напряжения растяжения, которые распрямляют изделие. При горячей правке местный нагрев производят газопламенной горелкой. Горячая правка более проста и эффективна, чем холодная. После правки, если этого требует технология, производят отжиг.

Контроль качества сварной конструкции.

Основными задачами технического контроля сварочных работ является: выявление производственного брака и установление причин его возникновения; указание методов устранения и исправления брака.

Различают три вида контроля:

Предварительный. Для предупреждения брака, когда проверяют качество основного метала, сварочного материала, электродов, флюсов и т.д. (заготовок, поступающих на сборку, состояние сварочной аппаратуры и качество сборки, а так же квалификацию сварщика).

1.12 Текущий (контроль в процессе сварки)

Проверяют внешний вид шва, его геометрию, режимы и порядок сварки, исправность сварочного оборудования и приспособлений.

Контроль готового узла. Предусматривает внешний осмотр и обмер сварных соединений, испытания на плотность, просвечивание рентгеновскими или гамма лучами, контроль ультразвуком, магнитным методом контроля, металлографическими исследованиями, механические испытания.

Вид контроля выбирают в зависимости от назначения изделия и требований, предъявляемых техническим условиям или ГОСТом.

Внешний осмотр осуществляется невооружённым глазом или с помощью лупы с двадцати кратным увеличением. Этим методом выявляются все видимые дефекты сварки и подготовки кромок под сварку. Внешнему осмотру подвергаются 100% швов.

Испытание аммиаком.

Сущность этого метода заключается в том, что испытуемые швы покрываются бумажной лентой или марлей пропитанной пяти процентным раствором азотнокислой ртути или фенолфталеином. В изделие до определённого давления нагнетается воздух и одновременно подаётся некоторое количество газа аммиака. Проходя через поры аммиак, оставляет после себя чёрные или красные пятна, в зависимости от пропитки бумаги (азотнокислая ртуть - чёрные пятна, фенолфталеин - красные).

Гидравлические испытания.

Проверку смонтированных резервуаров, трубопроводов, сосудов и ёмкостей проводят двумя способами: наливом воды и гидравлическим давлением.

Наливом воды испытываются вертикальные резервуары и другие ёмкости. Для испытания резервуар до краёв наполняется водой, затем выдерживают не менее двух часов, в течение этого времени ведётся наблюдение за появлением дефекта.

Если дефект обнаружится, сливают воду до уровня дефекта, устраняют его и вновь заливают водой. Если в течение 24-х часов в сварных швах дефект не обнаружен, резервуар считается выдержавшим испытание. Мелкие дефекты в виде пор исправляют после испытания. Категорически запрещается производить во время гидравлического испытания отстукивания швов во избежание его разрушения. Гидравлическое испытание применяется при проверке плотности и прочности различных котлов, трубопроводов и сосудов, работающих под давлением. Повышенное давление в трубопроводах создаётся гидравлическими насосами. Величина давления при испытании берётся 1,25 -2 рабочего давления.

Пневматические испытания

Проводятся сжатым воздухом или газом. Этот метод значительно удобнее, чем гидравлическое испытание, но в виду опасности взрыва в строительно-монтажных организациях он почти не применяется.

Механические испытания

При механических испытаниях проверяется прочность сварных соединений.

Образцы свариваются сварщиками в тех же условиях, что изделия, или вырезаются из изделия.

Засверливание шва применяют для определения дефектов шва или кромки наиболее сомнительных мест, выявленных просвечиванием или дефектоскопией. В исследуемом месте шов насверливают сверлом, диаметр которого на три миллиметра больше ширины шва. Поверхность засверленного места пропитывают 10 - 12% раствором йодной двойной соли хлористой меди и аммония. При этом дефекты хорошо видны после испытания, засверленное место заваривают.

Исследования макро- и микроструктуры производят на специальных образцах, называемых макро- и микрошлифами. Поверхность образцов должна быть тщательно отшлифована и протравлена. Испытания проводят в лабораториях с помощью микроскопов и луп.

Контроль просвечиванием швов (рентгеновскими или гамма лучами) позволяет обнаружить дефекты внутри шва без разрушения сварного соединения. Эти лучи, невидимые человеческим глазом, способны проникать через толщину метала, действуя на светочувствительную фотоплёнку, приложенную к шву с обратной стороны. В местах, где имеется дефект (поры, трещины и др.), поглощение лучей металлом будет меньше, и они окажут более сильное воздействие на чувствительную плёнку. Поэтому в этом месте после проявления плёнки будет тёмное пятно, соответствующее по размерам и форме имеющемуся дефекту.

Источником рентгеновских лучей служит рентгеновская трубка. В качестве источника гамма лучей применяют радиоактивный кобальт, цезий и др. Ультразвуковой контроль основан на способности высокочастотных колебаний (50000 Гц) проникать в металл. Эти колебания, проходя через металл шва, отражаются от поверхности пор, трещин и других дефектов. Отражения колебания улавливаются искателем и преобразуются в электрические импульсы, которые на специальном приборе дают сигнал о наличии дефекта в сварном шве.

Данный метод только определяет место дефекта, не давая данных о его характере и размерах, а характер дефекта засверловкой. Магнитный контроль осуществляется путем намагничивания изделия.

Суть метода заключается в том, что магнитные силовые линии, проходя через сварной шов, отклоняются в местах дефекта от своего пути. В этих местах возникает поток рассеяния, в который входит на поверхность изделия. Различают три метода магнитных порошков, магнитной суспензий, магнитографический.

Метод магнитных суспензий

Магнитной суспензией называется жидкость (керосин, трансформаторное масло, воду, спирт) с взвешенными частицами магнитного порошка. Суспензия наносится на намагниченный шов кистью или окунанием. Выявление дефектов происходит так же, как и при порошковом методе. Эти два метода позволяют обнаружить трещины глубиной до восьми миллиметров и не провары до шести миллиметров.

После контроля изделия размагничивают.

Магнитографический метод основан на записи потоков рассеивания намагниченного шва, возникающих в зоне расположения дефектов с помощью ферромагнитной плёнки.