Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное Агентство по Рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Мурманский Государственный Технический Университет

(ФГБОУ МГТУ)

МЦПК ИДПО

Кафедра ТМиС

Отчет по учебно-технологической практике

Сварочное дело

Выполнил: Мунтиев П.М.

курсант группы М-131.2

Проверил: мастер п/о Липин Д.Е.

Ассистент кафедры ТМиС Маринин А.А.

Мурманск 2014



Содержание

1.Техника безопасности на сварочном участке

2. Устройство и техническая характеристика сварочного оборудования

3. Классификация швов сварочных соединений

4. Классификация способов сварки

5. Технологические характеристики процесса электродуговой сварки

6. Классификация электродов по назначению и типу покрытия

7. Признаки классификации электродов

8. Виды покрытий электродов

9. Виды сварки

10. Сварочная деформация

11. Контроль качества сварных швов

Список использованной литературы



1. Техника безопасности на сварочном участке

При сварочных работах в случае несоблюдения правил по технике безопасности могут возникнуть несчастные случаи и профессиональные заболевания в результате поражения электрическим током, воздействия ультрафиолетовой радиации сварочной дуги, взрыва баллонов с инертным газом, ожогов расплавленным металлом и загрязнения воздуха выделяемыми при сварке пылью и газом.

При больших объемах работ выполняют сварку в специальных помещениях или кабинах. Там, где нет специальных сварочных помещений, сварочные участки или посты должны быть ограждены ширмами из фанеры, окрашенными огнестойкими красками, в состав которых входит окись цинка, поглощающая ультрафиолетовые лучи. Высота ограждений должна быть не менее 2 м. Сварочные работы во взрыво- и пожароопасных помещениях разрешается выполнять при соблюдении особых мероприятий пожарной безопасности по согласованию в каждом отдельном случае с местными органами Государственного пожарного надзора.

При установке сварочных преобразователей и трансформаторов требуется обеспечить проходы между однопостовыми агрегатами шириной не менее 0,8 м и между трансформаторными пунктами шириной не менее 1 м. Расстояние от агрегатов до стен и колонн должно быть не менее 0,5 м.

Сварочные аппараты и агрегаты, установленные на открытой площадке, защищают от атмосферных осадков навесами или брезентами. Выполнять сварку под открытым небом во время дождя и грозы запрещено. При сварке цветных металлов выделяется большое количество пыли и газов, которые вредно действуют на здоровье работающих.

Помещения, где производится сварка, должны быть оборудованы вытяжной и приточной вентиляцией. При сварке меди, алюминия и его сплавов количество вредных газов и пыли в зоне дыхания сварщика во много раз превышает допустимые концентрации. Так, например, при сварке меди металлическим электродом выделяется 159--174 мг/м³пыли, в которой содержится до 80% окиси меди (СиО) при предельно допустимой норме 5 мг/м³. По нормам вытяжная вентиляция при дуговой сварке цветных металлов должна удалять на 1 кг расходуемых электродов 1200--2000 м³/ч загрязненного воздуха. Устройство зонтов и кабин с верхней вытяжкой мало эффективно, так как тепло дуги направляет поток пыли и газов вертикально вверх, загрязненный воздух проходит через зону дыхания сварщика. Наиболее эффективными являются устройства вытяжной вентиляции с отсосом вблизи дуги.

Хорошие результаты дают вытяжные панели, располагаемые наклонно или горизонтально таким образом, чтобы воздух отсасывался вниз или в сторону, противоположную от сварщика. При расчете вентиляции в зависимости от объема сварочных работ выбирают размеры вытяжных панелей. Панели размером 1000X900 мм при скорости 4 м/с отсасывают 2500 м³ загрязненного воздуха.

В монтажной зоне сварочные работы производятся преимущественно на открытом воздухе или в строящихся цехах, где воздухообмен настолько велик, что не требуется устройства специальной вентиляции.

Приступая к сварке, необходимо проверить исправность аппаратуры, изоляции сварочных проводов и электрододержателя, плотное зажатие всех контактных соединений. Все металлические части сварочных установок, нормально не находящиеся под напряжением во время работы (корпуса сварочных трансформаторов, генераторов, шкафов и ящиков с аппаратурой и др.), а также свариваемые шины должны быть надежно заземлены. Включение в сеть сварочной установки производят только закрытым пусковым устройством (рубильником, силовым ящиком и т. п.). Во всех передвижных сварочных агрегатах применяют пусковые устройства с блокировкой, не допускающей подключения проводов и отключения под напряжением.

Электрододержатель должен иметь надежную изоляцию, простое соединение со сварочным проводом и должен допускать быструю смену электрода без прикосновения к токоведущим частям. Ультрафиолетовая радиация электросварочной дуги вызывает заболевание слизистой оболочки глаз -- электроофтальмию. При этом заболевании наблюдается скрытый период, длящийся несколько часов, затем появляется слезотечение, сильная резь в глазах, светобоязнь. При этом заболевании больной испытывает ощущение, будто в глаза попал песок. Иногда появляется головная боль. Через день-два дня заболевание проходит и зрение полностью восстанавливается. Часто повторяющаяся электроофтальмия может вызвать хронический конъюнктивит -- воспаление соединительной или слизистой оболочки глаз.

Для предохранения глаз от воздействия ультрафиолетовой радиации применяют светофильтры, которые, выполняя защитные функции, обеспечивают хорошую видимость свариваемых изделий. При сварочных работах применяют электрофильтры, руководствуясь табл. 27. Светофильтры вставляют в специальную рамку щитка или маску. Перед светофильтром помещают обычно прозрачное стекло, предохраняющее его от брызг расплавленного металла.

Несчастные случаи могут произойти при сварке в среде инертных газов от взрыва баллона с газом, находящимся под давлением до 15,0 МПа. Взрыв может произойти из-за неправильного обращения с баллоном или несоблюдения основных правил по технике безопасности.

До начала работ сварщик или мастер обязан проверить дату испытания баллона, которая выбивается на сферической его части. Если срок испытаний истек, то пользоваться баллоном запрещается. Баллоны должны храниться только в вертикальном положении в гнездах специальных стоек с навернутыми на них предохранительными колпаками. Они должны быть защищены от действия прямых солнечных лучей и не должны находиться вблизи нагретых предметов.

Подготовленные к работе баллоны устанавливают вблизи места сварки. Открывать вентиль баллона или производить крепление на нем редуктора разрешается специальным ключом, при этом рабочий не должен стоять против редуктора или выходного отверстия вентиля. Нельзя пользоваться редуктором без манометра или с манометром, срок проверки которых истек. При транспортировке баллонов используют специальные носилки или тележки. Запрещается переносить баллоны вручную. Для предохранения от возможных ожогов и брызг расплавленного металла сварщику выдают спецодежду -- брезентовый костюм, ботинки и брезентовые рукавицы, подшитые кожей.

К сварке допускают рабочих не моложе 18 лет, прошедших медицинский осмотр для определения пригодности их к сварочным работам. Медицинское переосвидетельствование сварщики должны проходить ежегодно.

За выполнение правил техники безопасности несет ответственность на заводах --начальник цеха и мастер; в МЭЗ -- начальник и мастер участка; в монтажной зоне-- прораб или мастер. Контроль за соблюдением правил по технике безопасности осуществляет инженер по технике безопасности

2. Устройство и техническая характеристика сварочного оборудования

Сварочный выпрямитель многопостовой ВДМ-6303

Одновременная работа четырех сварщиков

Достоинства многопостового сварочного выпрямителя ВДМ-6303:

- контроль сварочного тока осуществляется с помощью амперметра;

- высокое качество сварки, простота конструкции и надежность.

Область применения сварочного выпрямителя ВДМ-6303:

- сварочные работы в строительстве и других областях промышленности.

Сварочный выпрямитель ВДМ-6303 - многопостовый, стационарный, предназначен для одновременного питания постоянным током четырех сварочных постов ручной дуговой сварки. Сварка производится электродами любых типов - сварочными электродами постоянного тока (УОНИИ-13/55 или УОНИ-13/55), универсальными электродами (АНО-4С, МР-3, ОЗС-12) и специальными электродами.

Вольт-амперная характеристика многопостового сварочного выпрямителя ВДМ-6303 - жесткая. Получение падающей внешней характеристики и регулировка сварочного тока каждого поста осуществляется реостатом балластным (РБ-302, РБ-306), поставляемым отдельно. Контроль сварочного тока осуществляется с помощью амперметра. Сварочный выпрямитель ВДМ-6303 состоит из силового трехфазного трансформатора, блока выпрямления, вентилятора, пусковой аппаратуры.

Рис.1.Схемы сварочного выпрямителя ВДМ-6303.

Наименование параметра	Значение
Напряжение питания, В	380
Номинальный сварочный ток, А	630
Номинальный сварочный ток поста , А	315
Коэффициент одновременности работы постов, не более	0,5
Количество сварочных постов, не более	4
Потребляемая мощность, кВА, не более	46
Продолжительность включения (ПВ), %	100
Напряжение холостого хода, В, не более	75
Выпрямленное напряжение на зажимах выпрямителя при номинальном напряжении сети и номинальном сварочном токе, В	60
Диаметр электрода	2,0-6,0
Охлаждение	воздушное принудительное
Габаритные размеры ДхШхВ, мм	700х600х630
Масса, кг	205

Технические характеристики сварочного выпрямителя ВДМ-6303.

Реостат балластный РБ-302 У2, ПН 60%, 6-315А, ступенчатая регулировка

Описание:

Предназначен для регулирования тока при ручной дуговой сварке и наплавке металлов плавящимся электродом от многопостовых сварочных выпрямителей и генераторов постоянного тока напряжением не более 70В.

Номинальный сварочный ток - 315А

Сопротивление:

наименьшее, не более - 0,095Ом

наибольшее, не менее - 5Ом

Предел регулирования сварочного тока - 6А до 315А

Разность между токами соседних ступеней регулирования, не более - 6А

Номинальная относительная продолжительность нагрузки (ПН) - 60%

Продолжительность цикла - 5мин

Масса - 15кг.

Рис.2.Реостат балластный РБ-302 У2

3. Классификация швов сварочных соединений

1.Сварные швы по внешнему виду(Рис.3) подразделяются на:

· нормальные (плоские);

· выпуклые (усиленные) и

· вогнутые (ослабленные).

·

Рис.3

Выпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках, поскольку за счет более плавного перехода от основного металла к сварному шву снижается вероятность возникновения концентрации напряжений, приводящих к разрушению шва.

2. По выполнению сварные швы могут быть односторонними и двусторонними(Рис.4).

3.

Рис.4

3. По количеству слоев сварка бывает однослойной и многослойной, по числу проходов - однопроходной и многопроходной(Рис.5).

Рис.5

Многослойный шов используется при сварке толстого металла, а также чтобы уменьшить зону термического влияния. Проход - однократное перемещение источника тепла в одном направлении при сварке или наплавке. Валиком называется часть металла сварного шва, которая была наплавлена за один проход. Слой сварного шва - металл шва, состоящий из одного, двух или нескольких валиков, которые размещены на одном уровне поперечного сечения шва.

4. В зависимости от протяженности сварные швы бывают непрерывными и прерывистыми. Стыковые швы обычно делают непрерывными. Угловые швы могут быть выполнены (Рис.6):

· непрерывными;

· односторонними прерывистыми;

· двусторонними цепными;

· двусторонними шахматными;

· а также могут быть точечными.

Рис.6

5.По направлению действующего усилия сварные швы делятся на (Рис.7):

· продольные (фланговые) - направление действующего усилия параллельно оси сварного шва;

· поперечные (лобовые) - направление действующего усилия перпендикулярно оси сварного шва;

· комбинированные - сочетание продольного и поперечного швов;

· косые - направление действующего усилия размещено под углом к оси сварного шва.



Рис.7

По положению в пространстве (Рис.8) швы подразделяются на:

· нижние (Н);

· «в лодочку» (Л);

· горизонтальные (Г);

· полугоризонтальные (Пг);

· полувертикальные (Пв);

· вертикальные (В);

· полупотолочные (Пп);

· потолочные(П).

Рис.8

По назначению сварные швы бывают

· прочные;

· плотные (герметичные);

· прочно-плотные.

В зависимости от условий работы сварного изделия швы делятся на

· рабочие, предназначенные непосредственно для нагрузок;

· нерабочие (связующие или соединительные), используемые только для соединения частей сварного изделия.

По ширине сварные швы подразделяются на

· ниточные с шириной шва равной или незначительно превышающей диаметр электрода, выполняются без поперечных колебательных движений сварочного электрода;

· уширенные, которые выполняют с поперечными колебательными движениями электрода.

4. Классификация способов сварки

Современная промышленность располагает несколькими десятками видов и разновидностей способов сварки металлов, для изучения, оценки и определения рациональных областей применения которых целесообразно классифицировать их, разделив на две основные группы: 1) сварка давлением (пластическая); 2) сварка плавлением.

В первой группе весьма важную, доминирующую роль играет давление, прилагаемое к месту сварки, создающее пластическую деформацию и возбуждающее силы сцепления. Нагрев металла при этом играет хотя и важную, но всё же подчинённую роль; в ряде случаев сварка может быть осуществлена и без применения нагрева.

Во второй группе процесс сварки основан на расплавлении металла местным нагревом. Давление к месту сварки не прилагается, а если иногда и применяется, то играет второстепенную роль.

Группу способов сварки давлением можно, в свою очередь, разделить на три подгруппы, в зависимости от степени нагрева места сварки. Первая -- холодная сварка давлением, при которой металл в зоне сварки остаётся всё время холодным, например сварка при нормальной комнатной температуре. Вторая -- сварка давлением без оплавления, при которой металл не доводится до расплавления, а лишь подогревается до температуры так называемого сварочного жара, при этом несколько снижаются механическая прочность, упругие свойства и повышается пластичность.

Процесс сварки давлением при этой температуре протекает успешно и даёт хорошие результаты. Понятие сварочный жар выработано практикой и является довольно неопределённым. Вообще говоря, любой металл или любая пара разнородных металлов при подходящих условиях (достаточном удельном давлении и пр.) могут быть сварены и при комнатной температуре без всякого подогрева.

Переходя от принципиальной возможности сварки к достаточно удобным процессам сварки давлением, пригодным для промышленного использования, следует отметить, что подогрев металла значительно облегчает процесс сварки давлением и в большинстве случаев является практически необходимым. При этом, чем выше температура подогрева, тем лучше протекает процесс сварки, однако повышение температуры ограничивается различными дополнительными соображениями.

Обычно металл нагревают до так называемых сварочных температур, т. е. температур, лежащих лишь немного ниже температуры плавления металла. Дальнейшее повышение температуры не допускается, так как начавшееся плавление металла может нарушить нормальный процесс сварки, ухудшить структуру металла и т. п. Иногда температура нагрева ограничивается невозможностью дальнейшего её повышения при нагреве в разных горнах, печах и т. п.

Во многих случаях оказывается целесообразным усилить подогрев металла в зоне сварки до оплавления. При этом расплавленный металл в процессе осадки может полностью выдавливаться наружу из зоны сварки, и в соприкосновение войдут и будут свариваться слои металла, нагретые лишь до перехода в пластическое состояние. В этом случае при последующем металлографическом исследовании в сварном соединении литого металла не обнаруживается. Иногда расплавленный металл удаляется из зоны сварки осадкой не полностью или совсем не удаляется, например при точечной контактной электросварке. В этом случае при металлографическом исследовании сварного соединения обнаруживается литой металл.

Если при подогреве металл доводится до оплавления, то сварочный процесс называется сваркой давлением с оплавлением. Группа способов сварки плавлением, в свою очередь, может быть разделена на две подгруппы: 1) сварка плавлением, характеризующаяся расплавлением основного металла и 2) пайка, основная особенность которой заключается в отсутствии плавления основного металла. Соединение осуществляется за счёт расплавления легкоплавкого присадочного металла, имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла. Этот легкоплавкий металл называется припоем, а сам процесс -- пайкой, которую можно считать разновидностью сварки плавлением. Однако провести резкую границу между собственно сваркой плавлением и пайкой, в особенности для цветных металлов, не всегда возможно.

На основании приведённых определений можно дать краткую характеристику процессам сварки давлением и сварки плавлением и отметить их некоторые особенности.

Процесс сварки давлением с нагревом слагается из двух операций:

1. нагрева соединяемых частей в зоне сварки соответствующим источником тепла до необходимой температуры, чтобы на поверхностях соединения была достигнута температура сварочного жара;

2. осадки, состоящей в том, что к соединяемым частям прилагается давление, вызывающее значительную пластическую деформацию нагретого металла, течение которого вдоль поверхности раздела возбуждает силы сцепления и производит сращивание соединяемых частей в одно целое. Выдавливаемый нагретый металл при этом образует утолщение в зоне сварки.

Выполнение сварки давлением без оплавления не требует особенно высоких температур, поэтому свариваемые изделия могут нагреваться разнообразными источниками тепла. Металл в зоне сварки не расплавляется, поэтому его химический состав и структура остаются практически неизменными или меняются сравнительно мало, вследствие чего в сварном соединении более или менее сохраняются первоначальные механические свойства основного металла. В благоприятных случаях сварка давлением может дать совершенно однородный металл в зоне сварного соединения и место сварки не может быть обнаружено металлографическим исследованием; металл зоны сварки не отличается от основного металла по химическому составу, структуре и механическим свойствам.

Соединяемые поверхности должны быть тщательно очищены перед сваркой, так как отсутствие плавления металла затрудняет удаление загрязнений из зоны сварки, в результате чего в процессе осадки часть загрязнений остаётся в сварном соединении и снижает его механические свойства. Иногда целесообразно применять флюсы, переводящие тугоплавкие окислы на поверхности свариваемых металлов в легкоплавкие шлаки, легче удаляемые в жидком виде из зоны сварки в процессе осадки.

Процесс сварки плавлением осуществляется следующим образом. Соединяемые части собираются в нужном положении, к месту соединения подводится достаточной мощности источник тепла с высокой температурой, расплавляющий металл обеих соединяемых частей. Расплавленный металл свариваемых деталей самопроизвольно, без внешних механических воздействий, сливается в общую сварочную ванну. По удалении источника тепла сварочная ванна, охлаждаясь, быстро затвердевает, а наплавленный металл прочно соединяет обе детали в одно целое. Расплавленный металл сварочной ванны весьма интенсивно отдаёт тепло в массу изделия вследствие высокой теплопроводности металлов, поэтому для образования сварочной ванны необходимых размеров требуется источник тепла не только достаточной мощности, но и весьма высокой температуры. Опыт показывает, что для сварки плавлением таких металлов, как сталь, медь, чугун средних толщин, источник тепла должен иметь температуру не менее 3000°; при меньших температурах сварка если и возможна, то даёт посредственные результаты и экономически невыгодна вследствие низкой производительности.

Такие высокие температуры в промышленном масштабе научились получать относительно недавно (около 70 лет назад), поэтому все виды и разновидности сварки плавлением являются сравнительно новыми.

В расплавленной ванне различные загрязнения, бывшие на поверхности металла (окислы, грязь и т. п.), имеют возможность всплыть на поверхность ванны и перейти в шлак, поэтому при сварке плавлением требования, предъявляемые к чистоте поверхности металла, могут быть меньше, чем при сварке давлением.

Процесс плавления металла и воздействие на ванну очень высокой температуры источника нагрева вызывают резкое изменение химического состава, структуры и механических свойств металла сварного шва, по сравнению с основным металлом. Первоначальные свойства металла сварного соединения, сохраняющиеся при сварке давлением, в этом случае не сохраняются. Испаряются и выгорают составные части металла, поглощаются ванной газы из окружающей атмосферы, в результате чего затвердевший металл ванны получает совершенно иные состав и структуру. Изменение механических свойств часто проявляется в резком снижении пластичности металла.

Для устранения неблагоприятных последствий плавления металла и воздействия на него высоких температур часто прибегают к улучшению металла шва, вводя в ванну различные присадки.

После открытия способов сварки плавлением в конце прошлого столетия особое внимание техников того времени привлекало то, что сварка плавлением выполнялась за одну операцию -- нагрев; приложения же давления, т. е. операции осадки, не требовалось. Привычные старые способы сварки давлением требовали двух отдельных операций -- нагрева, а затем приложения давления в процессе осадки. Основное значение при этом справедливо приписывалось осадке.

Чтобы подчеркнуть главную отличительную особенность сварки плавлением, её назвали автогенной сваркой. Слово автогенная образовано из греческих корней авто и ген и может быть переведено как самовозникающая. В дальнейшем это слово в разговорной речи стало преимущественно применяться для обозначения лишь одного вида сварки плавлением, именно газовой сварки, и отсюда постепенно образовался своеобразный технически безграмотный разговорный жаргон с выражениями вроде «он варит автогеном», «автогенная резка» и т. п. Поэтому в настоящее время термин «автогенная сварка» не рекомендуется применять в технической литературе.

сварочный деформация электрод качество



5. Технологические характеристики процесса электродуговой сварки (ручная сварка плавящимся электродом) и механико-химические характеристики сварного шва

Ручная дуговая сварка - универсальный вид сварки, способный выполнить сварные соединения необходимой прочности, любой толщины и при разном пространственном положении.

Дуговая сварка представляет собой сварочный процесс с использованием электрической дуги, который длится продолжительное время и выделяет большое количество световой и тепловой энергии. По сути, электрическая дуга - это разряд, между свариваемым металлом и электродом. Выделяемая теплота расплавляет части материала, в результате чего образуется ванна расплавленного металла. Определенное время сварочная ванна находится в расплавленном состоянии, затем постепенно, при затвердевании металла, образуется сварное соединение. Тепловая мощность, необходимая для образования и поддержания дугового разряда, может быть как от постоянного источника питания, так и от переменного тока. Однако наиболее экономичной, по сравнению с другими видами, считается сварка при переменном токе. Минимальное напряжение, необходимое для возбуждения дуги, при постоянном токе составляет 30-35 В, а при переменном- 40-50 В.

Применяемые электроды для ручной дуговой сварки имеют специальное покрытие. Во время сварочного процесса покрытие испаряется, и образуются пары, которые легко ионизируются и тем самым повышают устойчивость дуги. При плавлении металл электрода стекает, затем постепенно охлаждается и на поверхности образует шов. Прочность свариваемого шва существенно влияет на прочность соединения в целом.

Качество шва напрямую зависит от длины дуги, чем длиннее дуга, тем большее расстояние от электрода до шва проходит расплавленный металл, поглощая из воздуха кислород и азот. Форма сварочного шва оказывает влияние на его физико-механические свойства и на связанный с его формированием расход электродного металла. Наиболее экономичными считаются плоские и вогнутые швы, которые, лучше всего работают при постоянных нагрузках, так как в этом случае отсутствует резкий переход от основного металла к сварному шву. Значительный наплыв выпуклых швов приводит к перерасходу электродного металла, а резкий переход от основного металла к сварному шву может вызвать разрушения соединения. Поэтому при изготовлении ответственных конструкций выпуклость на швах снимают механическим способом.

Свойства покрытия электрода позволяют различить два способа сварки - плавящимся и неплавящимся электродом. Самым распространённым способом сварки принято считать сварку плавящимся электродом. При этом способе дуга горит между металлическим стержнем и металлом, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Коэффициент полезного действия дуги при дуговой сварке плавлением достигает от 0,7до 0,9. Достоинства этого способа сварки очевидны. Во-первых, обеспечивается высокая устойчивость дуги вне зависимости от полярности тока. Во-вторых, возможность получения металла шва с долей участия основного металла составляет от 0 до 100%. В-третьих, при изменении скорости подачи и угла наклона, профиля, марки присадочной проволоки можно регулировать химический состав металла шва и геометрические параметры сварного шва.

Для выполнения сварных соединений в строгом соответствии с установленными техническими нормами, учитывается ряд факторов, влияющих на качество сварных швов. К таким критериям относятся свариваемость металлов, окисляемость, и их чувствительность к термическим воздействиям.

Под свариваемостью металлов принято считать способность отдельных металлов или их сплавов, при заданной технологической обработке, образовывать надежное и долговечное в эксплуатации сварочное соединения. Например, под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали понимают возможность получения равнопрочного сварного соединения с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне.

Свариваемость может быть двух состояний физической и технологической.

Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется монолитное сварное соединение. Физической свариваемостью обладают практически все чистые металлы, их технические сплавы и ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Реакция металла на сварочный процесс и способность его создать соединение, удовлетворяющее заданные параметры называется технологической свариваемости материала.

Из существующих способов дуговой сварки наиболее часто применяются ванная дуговая сварка, сварка внахлест и с накладками.

6. Классификация электродов по назначению и типу покрытия

Сварочные электроды для ручной дуговой сварки классифицируются по назначению, по типу покрытия, по способу нанесения покрытия, по количеству покрытия на стержне электрода и по механическим свойствам метала шва. Признаки классификации электродов тесно взаимосвязаны.

В зависимости от назначения сварочные электроды в соответствии с государственным стандартом 9466-60 разделены на несколько классов и имеют различные свойства и показатели. Таким образом, они разделяются на электроды для проведения сварочных работ с легированными и углеродистыми сталями, а также высоколегированные теплоустойчивые и стали с особыми свойствами.

Сварочные электроды для сварки сталей разного рода классифицируются на несколько классов или разделов:

- для проведения сварочных работ углеродистых и низколегированных сталей, имеющих временное сопротивление разрыву до 600 МПа, обозначаются буквой «У»;

- для проведения сварочных работ легированных сталей, имеющих временное сопротивление разрыву до 600 МПа, обозначаются буквой «М»;

- для проведения сварочных работ легированных теплоустойчивых сталей обозначаются буквой «Т»;

- для проведения сварочных работ высоколегированных сталей, имеющих особые свойства, обозначаются буквой «В»;

- для проведения сварочных работ поверхностных слоев металла обозначаются буквой «Н»;

Для всех сварочных электродов действуют одни требования, которые при производстве должны придерживаться абсолютно все производители, гарантирующие качество своего товара и долговечность сваренных конструкций: - Получение металлического шва нужного химического состава;

- Минимально допустимое разбрызгивание металла при сварке и высокая производительность сварочного процесса; - Сохранение физических и химических свойств металла;

- Минимальная токсичность сварочных электродов при производстве и проведении сварочных работ; - Спокойное и равномерное расплавление металла, а также расплавление самого электрода и плавность проведения всего сварочного процесса;

- Обеспечение стабильного горения дуги и хорошее формирование сварочного шва; - Легкая отделимость шлака от металла шва и высокая прочность покрытия;

Для хорошего сваривания и быстроты сварочного процесса нужен водород. Главным источником водорода является покрытие. При нагревании сварочного электрода и его последующем плавлении происходит разложение карбонатов и других химических составляющих. Протекают такие процессы в зависимости от влажности и химического состава сварочных электродов и самого металлического изделия. Если количество органических веществ будет увеличено, то это приведет к повышению содержания водорода в металле сварочного шва.

Учитывая свойства сварочных электродов нужно помнить, что узнать полную картину о свойствах электродов определенного вида Вы можете только в паспорте. Паспорт должен содержать полную информацию о данном виде электродов.

7. Признаки классификации электродов

Электроды подразделяются также по следующим признакам:

по толщине покрытия в зависимости от отношения D/d (D - диаметр покрытого электрода; d - диаметр стержня): с тонким покрытием (D/d < 1,2), условно обозначаются буквой M; со средним покрытием (Did < 1,45) - С; с толстым покрытием (Did < 1,8) - Д и с особо толстым покрытием (DId > 1,80) - Г;

в зависимости от требований к качеству изготовления, сплошности выполненного металла шва и содержания серы и фосфора в наплавленном металле на 1, 2 и 3 группы;

по видам покрытия - кислое, условно обозначается буквой А, основное - обозначается буквой Б, целлюлозное - Ц, рутиловое- P, прочие-П;

по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки, для всех положений- 1, для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, - 2, для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх - 3, для нижнего и нижнего в лодочку - 4;

роду и полярности применяемого тока, а также величине номинального напряжения холостого хода источника питания (постоянный или переменный ток, прямая или обратная полярность, 50, 70 или 90 В).

Условные обозначения характеристик электродов указываются в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами по правилам, установленным ГОСТ 9466-75.

8. Виды покрытий электродов

По видам покрытий электроды подразделяются:

· А -- с кислым покрытием, содержащим окиси железа, марганца, кремния, иногда титана;

· Б -- с основным покрытием, имеющим в качестве основы фтористый кальций и карбонад кальция. (Сварку электродами с основным покрытием осуществляют постоянным током обратной полярности. Вследствие малой склонности металла к образованию кристаллизационных и холодных трещин, электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений);

· Ц -- с целлюлозным покрытием, основные компоненты которого целлюлоза, мука и другие органические составы, создающие газовую защиту дуги и образующие при плавлении тонкий шлак. (Электроды с целлюлозным покрытием применяют, как правило, для сварки стали малой толщины);

· Р -- с рутиловым покрытием, основной компонент рутил. Для шлаковой и газовой защиты в покрытие этого типа вводят соответствующие минеральные и органические компоненты. При сварке на постоянном и переменном токе разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги, формирование швов во всех пространственных положениях хорошее;

· П -- прочие виды покрытий.

При покрытии смешанного вида используют соответствующее условное обозначение состоящее из нескольких букв.

Электроды с кислым покрытием. Основу этого вида покрытия составляют оксиды железа, марганца и кремния. Металл шва, выполненный электродами с кислым покрытием, имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин.

По механическим свойствам металла шва и сварного соединения электроды относятся к типам Э38 и Э42.

Электроды с кислым покрытием не склонны к образованию пор при сварке металла, покрытого окалиной или ржавчиной, а также при удлинении дуги. Сварку можно выполнять постоянным и переменным током.

Электроды с основным покрытием. Шлаковую основу покрытий основного вида составляют минералы -- в основном карбонаты кальция и магния (мрамор, магнезит, доломит), а также плавиковый шпат (CaF₂). Поэтому они получили название фтористо-кальциевых покрытий. 'При высокой температуре дуги карбонаты диссоциируют с образованием окислов кальция и магния (СаО, MgO), a также окиси углерода и углекислого газа. Это обеспечивает высокий коэффициент основности (щелочности) образующихся шлаков и создание газозащитной среды минерального происхождения, которая не сопровождается выделением водорода, как это имеет место при плавлении электродов с рутиловым покрытием. Поэтому металл, наплавленный электродами с основным покрытием, очень мало насыщается водородом из материалов покрытий.

Электроды с целлюлозным покрытием. Покрытие этого вида содержит большое количество (до 50%) органических составляющих, как правило, целлюлозы. Металл, наплавленный целлюлозными электродами, по химическому составу соответствует, по степени раскисления, полуспокойной или спокойной стали. В то же время он содержит повышенное количество водорода. По механическим свойствам металла шва и сварных соединений электроды с целлюлозным покрытием соответствуют электродам Э42, Э46 и Э50. Для целлюлозных электродов характерно образование равномерного обратного валика шва при односторонней сварке на весу, а также обеспечение возможности сварки вертикальных швов способом сверху вниз.

Электроды с рутиловым покрытием. Шлаковую основу рутиловых покрытий составляет минерал рутил, состоящий в основном из двуокиси титана (TiO₂). Кроме того, рутиловые покрытия содержат также различные алюмосиликаты (полевой шпат, каолин и др.) или карбонаты (мрамор, магнезит). С увеличением содержания в покрытии карбонатов возрастает основность (щелочность) шлака, что способствует снижению содержания кислорода и кремния (шлаковых включений) в наплавленном металле. Это повышает его ударную вязкость и стойкость против образования горячих трещин.

Газозащитными составляющими в рутиловых покрытиях служат органические материалы и карбонаты. При отсутствии карбонатов или малом их содержании (до 5%) наводороживание металла шва может быть еще более высоким, чем при сварке электродами с кислыми покрытиями. Основными окислителями в рутиловых покрытиях являются пары воды и углекислый газ. Значительное снижение водорода в шве и наименьшая склонность к образованию пор достигаются при определенной гарантированной влажности покрытий. Отсыревшие электроды необходимо высушивать при температуре 200 °С в течение 1 часа, а сварку выполнять не ранее чем через сутки после сушки. Поры появляются также при повышенной температуре прокалки электродов.

Рутиловые электроды не склонны к образованию пор в швах при сварке сталей, имеющих на поверхности окалину и ржавчину, не чувствительны к изменениям длины дуги. Поры в швах появляются при применении повышенных режимов тока при сварке тавровых швов с зазорами, а также при сварке тонкого металла электродами слишком большого диаметра. Рутиловые электроды позволяют производить сварку по грунтовочным покрытиям толщиной 20--25 мкм без образования пор в швах и без снижения механических свойств металла шва. Стойкость против образования горячих трещин металла шва несколько больше, чем выполненного электродами с кислым покрытием.

9. Виды сварки

Автоматическая сварка под флюсом.

Среди различных существующих способов механизированной сварки с применением флюса наибольшее распространение получила электродуговая сварка под флюсом. Сварочная дуга горит между изделием и торцом сварочной проволоки. По мере расплавления проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса. Сварочная проволока перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полуавтоматическая сварка) . Под влиянием тепла дуги основной металл и флюс плавятся, причем флюс образует вокруг зоны сварки эластичную пленку, изолирующую эту зону от доступа воздуха. Капли расплавляемого дугой металла сварочной проволоки переносятся через дуговой промежуток в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере перемещения дуги вперед металл сварочной ванны начинает охлаждаться, так как поступление тепла к нему уменьшается. Затем он затвердевает, образуя шов. Расплавляясь, флюс превращается в жидкий шлак, который покрывает поверхность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как металл уже затвердел. Затем шлак затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку.

При сварке под флюсом (Рис.9) дуга горит между сварочной проволокой и свариваемым изделием под слоем гранулированного флюса . Ролики специального механизма падают в электродную проволоку в зону дуги . Сварочный ток (переменный или постоянный прямой или обратной полярности) подводится к проволоке с помощью скользящего контакта , а к изделию - постоянным контактом. Сварочная дуга горит в газовом пузыре, который образуется в результате плавления флюса и металла. Кроме того, расплавленный металл защищен от внешней среды слоем расплавленного флюса . По мере удаления дуги от зоны сварки расплавленный флюс застывает и образует шлаковую корку, которая впоследствии легко отделяется от поверхности шва.

Рис.9. Схема автоматической сварки под флюсом.

Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Схема получения плазменной дуги приведена на рисунке выше. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве - плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность - количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000-7000°С. Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С.

Одновременно со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50-100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью. Кинетическая энергия движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа дополняет тепловую энергию, выделяющуюся в дуге в результате происходящих электрических процессов. Поэтому плазменная дуга является более мощным источником энергии, чем обычная.

Основными чертами, отличающими плазменную дугу от обычной, являются:

· более высокая температура;

· меньший диаметр дуги;

· цилиндрическая форма дуги (в отличие от обычной конической);

· давление дуги на металл в 6-10 раз выше, чем у обычной;

· возможность поддерживать дугу на малых токах (0,2-30 А).

Перечисленные отличительные черты делают плазменную дугу по сравнению с обычной более универсальным источником нагрева металла.

Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва.

10. Сварочная деформация

Внешние деформации

Сварочные деформации и напряжения возникают вследствие локальной пластической деформации отдельных зон сварного соединения из-за неравномерного разогрева при сварке. Металл в зоне максимального нагрева ( шов и околошовная зона), претерпевший пластическую деформацию при нагреве, после полного охлаждения получает остаточное укорочение.

Рис.10. Схемы образования внешних сварочных деформаций.

Внутренние напряжения и деформация при сварке.

Электрическая дуговая сварка характеризуется высоким местным нагревом небольших участков свариваемых кромок и сравнительно быстрым их охлаждением. Быстрое охлаждение при сварке объясняется тем, что масса разогретого металла очень мала по сравнению со всей массой изделия. Так как при сварке не представляется возможным создать условия, способствующие свободному расширению металла при нагревании и сжатию при охлаждении, то в местах сварки по-являются внутренние напряжения, вызывающие деформацию. Образование внутренних напряжений вызывается многими причинами, основные из них: а) неравномерный нагрев основного и наплавленного метал-ла; б) у задка расплавленного металла после сварки; в) структурные изменения металла из-за быстрого охлажде-ния; г) жесткое закрепление деталей или самого изделия в про-цессе изготовления.

11. Контроль качества сварных швов. Основные методы

Для контроля качества сварного шва могут применяться различные методы, основанные на использовании разных материалов, приспособлений и устройств.

Государственными стандартами определены следующие способы, с помощью которых можно оценить, насколько качественно была проведена сварка и последующая зачистка сварных швов.

Визуальный осмотр

Самый простой и очевидный метод, призванный определить явные дефекты шва. Он может производиться без сторонних приспособлений либо с применением лупы.

В рамках подготовки к осмотру производится специальная обработка сварных швов: поверхность очищают от загрязнений и шлаков, некоторые виды сталей дополнительно подвергают химической обработке.

При осмотре оценивают размер сварного шва, замеряют обнаруженные дефектные участки. Если были обнаружены трещины, их границы определяют засверливанием, подрубкой, шлифовкой и завершающим травлением. Трещины обнаруживаются при нагреве металла, выявляясь зигзагообразными линиями.

Если должна быть произведена термическая обработка сварных швов, то внешний осмотр проводится и до процедуры, и после нее.

Просвечивание сварного шва

В этом случае используют гамма-лучи или рентген (пленку прикладывают с обратной стороны металлической заготовки). Если оборудование для сварных швов подвело, то в местах, где имеются дефекты, на пленке будут видны пятна более темного оттенка.

Именно так можно выявить шлаковые включения, непровар и поры. Метод не дает возможности выявить трещины, расположенные под углом менее пяти градусов относительно центрального луча и слипания металлов без шлаковой или газовой прослойки.

Этот метод позволяет определять дефекты в металлических заготовках толщиной до 6 сантиметров. Если в швах обнаруживаются дефекты, просвечивают удвоенное число стыков. Если дефекты снова обнаружены, то проверяют швы всех заготовок, выполненные этим сварщиком, а после удаления дефектов швы проверяют вновь.

Магнитографический метод

В его основе лежит обнаружение поля рассеивания, которое образуется на месте наличия дефектов при намагничивании заготовки. Рассеиваемые поля фиксируются на магнитной ленте, прижатой к поверхности швов. Запись проводится на дефектоскоп, а потом считывается. Если сварка и обработка сварных швов были проведены недостаточно качественно, то этот метод выявит трещины, поры, непровары, шлаковые включения.

С меньшей точностью таким образом можно обнаружить поперечные трещины, широкие непровары, округлые поры.

Метод подходит для работы с металлом толщиной в 0,4-1,2 сантиметра.

Проверка ультразвуком

Этот способ основан на отражении направленных пучков звуковых колебаний от металлов и несплошностей в нем. Он используется для контроля качества сварного шва в цветных металлах и стали.

Для того чтобы получить ультразвуковые волны, применяют пьезоэлектрические кварцевые пластины, вставленные в щуп. Отраженные колебания улавливаются искателями, преобразуются в электрический импульс, подаются на усилитель, воспроизводятся индикатором. Чтобы обеспечить акустический контакт, поверхность изделия покрывается автолом или компрессорным маслом.

Вскрытие шва

Этот способ используется при необходимости определить дефекты, которые подозреваются, но не были выявлены при использовании других методов. В этом случае применяется оборудование для сварных швов, которым вскрывается подозрительный участок соединения. В этом случае просверливается углубление диаметром несколько больше ширины шва, а потом поверхность шлифуется и протравливается раствором азотной кислоты. Границы шва при этом проявляются очень отчетливо.

Химический метод

До начала испытания необходима тщательная зачистка сварных швов от шлаков и загрязнений. В этом случае наружный слой металла обрабатывается четырехпроцентным раствором фенолфталеина либо накрывается тканью, пропитанной пятипроцентным раствором азотнокислого серебра. Изделие нагнетается смешанным с аммиаком воздухом, и в местах, где имеются локальные течи, азотнокислое серебро становится серебристо-черным, а фенолфталеин - красным.

Цветная дефектоскопия (ГОСТ 3242-79)

Полость дефекта наполняется флуоресцентным раствором, которая светится под действием ультрафиолетового луча.

Цветная дефектоскопия дает возможность выявлять дефекты при помощи проявляющей белой краски. В этом случае проявляется рисунок, повторяющий форму дефекта.

Такими методами можно выделить поверхностный дефект сварного шва - в основном это трещины, которые образуются в сварных соединениях.

Проба керосином

Этот метод может использоваться при необходимости определения плотности сварного шва на металлическом соединении толщиной до одного сантиметра. Он позволяет выявить дефекты, размер которых составляет от 0,1 миллиметра.

В этом случае шов покрывается суспензией из каолина либо мела и подсушивается, а другая сторона два или три раза смачивается керосином. Если шов проницаем, на поверхности, смазанной суспензией, проступят желтые жирные пятна.

Срок испытания составляет порядка четырех часов.

Испытание пневматикой

В этом случае с одной стороны шва создается избыточное воздушное давление, а другая промазывается мыльной пеной, на которой под воздействием воздуха, проникающего через неплотности, будут образовываться пузыри.

Вакуумный метод

Такие испытание предназначены для определения плотности днища резервуаров и прочих подобных конструкций. Они способны выявить сквозную неплотность размером от 0,1 миллиметра на металлических заготовках толщиной до 1,5 сантиметров.

Пенным индикатором в этом случае выступает мыльный раствор, а для создания вакуума применяют сегментные, плоские и кольцевые камеры.

Технологические пробы

Способ позволяет определить сплавление металла, характер излома (по металлу или шву), качество зачистки сварных швов, внутренние дефекты и непровары. Место соединения изучают при помощи лупы с десятикратным увеличением. В основном этот метод применяют при испытании сварочных материалов и новых технологий, а также при аттестации сварщиков.

Выявление склонности шва к коррозии

Этот способ предназначен для проверки склонности ферритных, аустенитных сталей и их сплавов к межкристальной коррозии и позволяет оценить качество оборудования для зачистки сварных швов. Образцы на протяжении какого-то времени подвергают воздействию особого раствора, затем моют, сушат и сгибают под углом 90 градусов. Если на поверхности появятся трещины, это будет означать, что образец не прошел испытания.

Металлографический метод

Этот способ позволяет определить глубину проплавления металла и наличия внутренних дефектов посредством осмотра образца, вырезанного поперек сварного шва абразивным или режущим инструментом (к примеру, может использоваться огневая резка или фрезер по металлу). Поверхность шлифуется и подвергается травлению реактивами, которые позволяют точно выявить ее структуру.

Подобные исследования дают возможность достаточно точно определить, насколько четко соблюдалась технология сварки и обработки швов.

Проверка на твердость