Основные вопросы электрогазосварки

Чаще всего гелий используют для образования инертных газовых смесей. Обладая большей плотностью, чем гелий, такие смеси лучше защищают металл сварочной ванны от воздуха.

Наибольшее применение получила инертная газовая смесь, состоящая из 70% (об.) аргона и 30% (об.) гелия. Выпускают гелий по ТУ 51-689-75 двух сортов: особой чистоты и высокой чистоты. Хранят и транспортируют его так же, как и аргон.

Активные газы защищают зону сварки от доступа кислорода и азота воздуха, но вместе с тем химически реагируют со свариваемым металлом или физически растворяются в нем.

Из активных газов для сварки используют в основном углекислый газ. Другие активные газы, такие как кислород, водород, азот, используют, как правило, для составления защитных газовых смесей.

Углекислый газ, или диоксид углерода (С02), в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ без запаха. Он тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны, но его накапливание в зоне сварки (выше 5%) может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Поэтому рабочие места сварщиков должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Получают углекислый газ из отходящих газов при производстве аммиака, спиртов, нефтепереработки, а также на базе специального сжигания топлива. При повышении давления углекислый газ переходит в жидкое (углекислота), а затем -- в твердое состояние (сухой лед). При испарении 1 кг жидкого диоксида углерода образуется 509 л газообразного диоксида углерода (углекислого газа).

Выпускают углекислый газ по ГОСТу 8050-76.

В зависимости от области применения, а также по физико-химическим показателям диоксид углерода выпускают трех марок: сварочный -- не менее 99,5% (об.) С02, пищевой-- не менее 98,8% (об.) С02 и технический-- не менее 98,5% (об.) С02.

Хранят и транспортируют его в виде жидкости в стальных баллонах под давлением 490-588 МПа. В стандартный баллон емкостью 40 л заливают 25 л жидкого диоксида углерода, при испарении которого образуется 12 600 л углекислого газа.

Кислород (02) -- это бесцветный газ без запаха и вкуса, поддерживающий горение. Получают его из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения или электролизом воды. Выпускают кислород по ГОСТу 5583-78. Хранят и транспортируют в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

При дуговой сварке плавлением технический кислород используют при составлении защитных газовых смесей, таких как Аг + 02; С02+ 02 и др.

Смесь аргона с 2-5% кислорода повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварного шва. Такие смеси рекомендуется применять при сварке плавящимся электродом легированных сталей, когда требуется струйный перенос электродного металла. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей плавящимся электродом применяют смесь углекислого газа с 20% кислорода, обеспечивающую глубокое проплавление и хорошее формирование шва, минимальное разбрызгивание, высокую плотность металла шва.

Водород (Н2) -- это горючий газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Смеси его с кислородом и воздухом взрывоопасны.

В зависимости от способа получения водород выпускают по ГОСТу 3022-80 трёх марок -- А, Б и В с содержанием от 95 до 99,99% (об.) Н2. Хранят и транспортируют в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

Применяют водород для составления плазмообразующих смесей при плазменной сварке и резке. Так, для защиты сварочной ванны от окисления при плазменной сварке легированной стали, меди, никеля и сплавов на его основе используют смесь аргона с 5-8% водорода.

Аргоноводородную смесь, имеющую до 20% Н2, применяют при микроплазменной сварке. Наличие водорода в смеси обеспечивает сжатие столба плазмы, делает его более сконцентрированным. Кроме того, водород создает необходимую в ряде случаев восстановительную атмосферу.

Азот (N2) -- это бесцветный газ без запаха плотностью 1,25 кг/м3. Получают его из атмосферного воздуха способом глубокого охлаждения. Выпускают азот но ГОСТу 9293-74 газообразным и жидким. Хранят и транспортируют его в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

По физико-химическим показателям газообразный азот разделяют на четыре сорта: высший -- не менее 99,994% (об.) N2, первый-- не менее 99,6% (об.) N2, второй -- не менее 99% (об.) N2, третий -- не менее 97% (об.) N2.

Используют азот при составлении защитных газовых смесей. Так, смесь аргона с добавкой 10-30% (об.) азота применяют при сварке меди, а также аустенитной нержавеющей стали некоторых марок.

Для предохранения от коррозии и быстрого опознавания баллоны с защитными газами окрашивают в различные цвета и делают на них соответствующие надписи (табл. 4).

3. Объясните ваши действия по окончании отбора газа из Баллона

По окончании отбора газа из баллона необходимо следить за его остаточным давлением.

Баллоны для сжатых газов (кислорода) при отправке на завод-наполнитель должны иметь остаточное давление газа не менее 0,05 МПа.

Баллоны с растворённым ацетиленом должны иметь остаточное давление не менее 0,05-0,1 МПа (в зависимости от температуры). Это необходимо для того, чтобы проверить, какой газ был в баллоне, во избежание образования взрывоопасных смесей.

Билет 15.

1. Основные требования к сварке низко- и среднеуглеродистых сталей

Различают:

· низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода;

· среднеуглеродистые, содержащие от 0,25 до 0,6% углерода;

· высокоуглеродистые, содержащие от 0,6 до 2,0%. углерода.

К углеродистым относят стали, не содержащие легирующих компонентов (кроме углерода). В низкоуглеродистых сталях присутствуют марганец и кремний, однако они не считаются легирующими компонентами, если содержание марганца не превышает 1% и кремния 0,8%.

Большинство сварных конструкций изготовляется из низкоуглеродистых сталей, выпускаемых в виде листов и фасонного проката, -- уголка, швеллеров, двутавровых балок и пр.

Дуговая сварка.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют электроды типов Э42, Э42А, Э46 по ГОСТу 9467-60 рутиловыми, фтористо-кальциевыми, рудно-кислыми и органическими покрытиями. Род тока, полярность и величину тока выбирают в соответствии с характером покрытия, толщиной металла, типом шва и диаметром электрода.

Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются дуговой сваркой и другими способами.

Применяются электроды различных марок с покрытиями типов АНО, УОНИ, ОЗС, ЦМ, MP, УП, К и др.

Выбор электрода должен обеспечивать:

· равнопрочность сварного соединения с основным металлом;

· бездефектные швы;

· заданный состав металла шва.

Для особо ответственных конструкций используют электроды с основным покрытием типа Э42А марок Ј УОНЙ-13/45, УП-1/45, обеспечивающие повышенные пластические свойства и стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

При сварке угловых швов толстого металла и первого слоя многослойного шва, когда скорость охлаждения достаточно велика, иногда используют предварительный подогрев основного металла до 120-150 °С для предупреждения появления закалочных структур и кристаллизационных трещин.

Среднеуглеродистые стали (углерод от 0,26 до 0,45%); При их сварке применяется предварительный и сопутствующий подогрев при сварке до температуры 250-300 °С.

Высокотемпературный подогрев вреден, так как вызывает появление трещин вследствие увеличения глубины провара основного металла и повышения содержания углерода в металле шва.

Лучшие результаты дает сварка постоянным током прямой полярности. Высокую стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и необходимую прочность сварного соединения обеспечивает применение электродов УОНИ-13/55, и УОНИ-13/45.

Во избежание образования хрупких и малопластичных закалочных структур в околошовной зоне полезно медленное остывание изделия после сварки.

В ряде случаев приходится прибегать к последующей термической обработке (закалке с отпуском).

Из высокоуглеродистых сталей, как правило, не изготавливают сварные конструкции. Необходимость их сварки может возникнуть при ремонтных работах, наплавке.

В этом случае применяют те же приемы сварки и наплавки, что и для других плохо сваривающихся сталей (предварительная и последующая термообработка, предварительный и сопутствующий подогрев, соответствующие марки электродов и режимы сварки).

Газовая сварка.

Низкоуглеродистые стали свариваются газовой сваркой без особых затруднений.

Сварку ведут нормальным пламенем и, как правило, без флюса. ;

Наконечник горелки при левом способе сварки выбирают из расчета расхода ацетилена 100-130 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, а при правом способе - 120-150 дм3/ч на 1 мм толщины металла.

Кромки под сварку подготавливают в зависимости от толщины свариваемого изделия.Диаметр присадочной проволоки также подбирается в зависимости от толщины свариваемого металла по следующей формуле:

¦ при левом способе сварки d_n = S/2 + 1 мм;

¦ при правом способе сварки d_n = S/2 мм,

где d--диаметр присадочной проволоки, мм;

dn = S/2 -- толщина свариваемого металла, мм.

Высококвалифицированные сварщики применяют пламя большой мощности, наконечник выбирают из расчета расхода ацетилена 150-200 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, используя при этом приcадочную проволоку большего диаметра; пламя горелки должно быть нормальным. Производительность сварки при этом повышается.

Для неответственных конструкций в качестве присадки применяют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А. При сварке этими проволоками часть компонентов, таких как С, Si и Мп, выгорают, а металл шва приобретает крупнозернистую структуру. Предел прочности такого соединения ниже предела прочности основного металла.

Для получения равнопрочного с основным металлом соединения при сварке ответственных конструкций необходимо применять кремнемарганцовистую сварочную проволоку Св-08Г, Св-08ГА, Св-ЮГА или 1 СВ-14ГС.

Во время сварки необходимо следить за тем, чтобы кромки свариваемого металла и конец присадочной проволоки расплавлялись одновременно. Конец присадочной проволоки должен быть погружен в ванночку расплавленного металла. Нельзя допускать, чтобы капли расплавленного металла попадали на нерасплавленные кромки основного металла, так как это приводит к непровару, что снижает механические характеристики соединения.

Если конец присадочной проволоки прилипает к свариваемым кромкам основного металла, это значит, что они недостаточно нагреты.

В процессе сварки следует избегать отклонения сварочного пламени от ванны расплавленного металла шва, так как это может привести к окислению металла шва кислородом воздуха.

Сварные швы должны иметь равномерно чешуйчатую поверхность, а также равномерную ширину и высоту наплавленного валика.

Переход от основного металла к наплавленному должен быть плавным, без подрезов. В процессе сварки горелкой производят равномерные и непрерывные колебательные и поступательные движения. Колебательные движения выбираются в зависимости от толщины свариваемого металла.

Для уплотнения и повышения пластичности наплавленного металла применяют проковку и последующую термообработку шва. Проковку рекомендуется начинать при температуре светло-красного и заканчивать при температуре темно-красного каления.

Проковка при более низкой температуре может привести к появлению микроскопических трещин в металле шва или околошовной зоне.

При сварке ответственных и толстостенных изделий применяют термическую обработку сварных соединений. В качестве горючего газа при сварке низкоуглеродистой стали применяют ацетилен или пропан-бутан; пропан-бутановым пламенем сваривают таким образом, чтобы расстояние от конца ядра пламени до свариваемой поверхности было 8-10 мм. Пропан-бутан применяется для сварки неответственных деталей.

Для сварки высокоуглеродистых сталей используются флюсы.

2. Сварочные автоматы (назначение, устройство, принцип действия, основные характеристики)

Общие сведения и классификация автоматов для дуговой сварки. При автоматических и механизированных способах сварки помимо источников питания необходимо иметь специальное оборудование, позволяющее исключить ручное ведение сварочного процесса. При этом требуется механизировать выполнение двух основных технологических движений: подачу электрода в зону сварки и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок.

Если при сварочном процессе оба эти движения осуществляются механизированным путем, то такой процесс рассматривается как автоматическая сварка.

Если одно из движений -- подача электрода в зону сварки -- осуществляется механизированным способом, а другое -- перемещение дуги вдоль свариваемых кромок -- вручную, то такой процесс рассматривается как механизированная (полуавтоматическая) сварка.

Если оба движения выполняются вручную сварщиком, то такой процесс называется ручной дуговой сваркой.

Сварочные аппараты, обеспечивающие автоматическое выполнение основных технологических перемещений электрода и дуги с поддержанием постоянства заданных параметров сварочного режима (напряжения дуги, сварочного тока, скорости сварки), называют автоматами.

Основной частью автоматов является сварочная головка, представляющая собой электромеханическом устройство, осуществляющее автоматическую подачу в зону дуги плавящегося электрода или присадочного металла.

Сварочную головку, закрепленную неподвижно относительно изделия, называют подвесной автоматической головкой. В подвесных головках отсутствует механизм перемещения самой головки. В этом случае относительно дуги перемещают объект сварки с помощью вспомогательного устройства или сварочного приспособления.

Если же в конструкции сварочного аппарата имеется механизм для перемещения головки, то ее называют самоходной. Перемещение самоходной головки обычно производится по специальной направляющей. Такой аппарат называют автоматом подвесного типа.

Если в конструкции автомата тележка с укрепленной на ней головкой может перемещаться непосредственно по свариваемому изделию, то такой автомат называют сварочным трактором (рис. 39).

В основе классификации автоматов лежат различные признаки: тип электрода, способ перемещения, характер защиты и др.

Рис. 39. Схема автомата для сварки плавящимся электродом:

I - тележка; 2 -- подающий механизм;-3 -- кассета с электродной проволокой; 4 -- горелка; 5-- пульт управления

По типу применяемого электрода автоматы подразделяют на:

¦ автоматы с плавящимся электродом;

¦ автоматы с неплавящимся (вольфрамовым) электродом.

По способу перемещения тележки различают:

¦ автоматы тракторного типа;

¦ кареточные.

По способу защиты сварочной ванны различают автоматы:

¦ для сварки под флюсом;

¦ в среде защитных газов;

¦ универсальные.

По пространственному выполнению сварных соединений различают автоматы для сварки швов в:

¦ нижнем;

¦ вертикальном;

¦ горизонтальном положениях;

¦ кольцевых, поворотных и неповоротных стыков;

¦ кольцевых в горизонтальной плоскости.

По способу поддержания постоянства параметров дуги выпускают автоматы:

¦ с принудительным регулированием дуги;

¦ саморегулированием.

По числу горящих дуг различают автоматы для сварки:

¦ одной дугой;

¦ двумя дугами;

¦ трехфазной дугой.

Комплектование и основные узлы сварочных автоматов. Сварочные автоматы комплектуются из следующих основных узлов:

¦ сварочной головки;

¦ тележки;

¦ пульта управления;

¦ аппаратного шкафа;

¦ кассет со сварочной проволокой.

Основными элементами сварочной головки являются механизм подачи проволоки, подающие ролики, токоподводящий мундштук и устройства для установочных перемещений головки.

Механизм подачи состоит из электродвигателя и редуктора. При использовании электродвигателей переменного тока применяют регулируемые редукторы. Электродвигатели постоянного тока могут работать в сочетании с нерегулируемыми редукторами.

Подающие ролики расположены на выходных валах редуктора. Их назначение -- стабильная подача сварочной проволоки без проскальзывания. Обычно это достигается при использовании двух пар подающих роликов.

К корпусу редуктора крепится токоведущий мундштук для обеспечения электрического контакта и направления проволоки в сварочную ванну. Мундштук должен обеспечивать минимальное блуждание торца Электрода относительно сварочной ванны. Для этого иногда на головку перед мундштуком устанавливают роликовый правильный механизм для правки проволоки. Кроме того, в мундштуке должен обеспечиваться надежный электрический контакт со сварочной проволокой.

Конструкции мундштуков различны в зависимости от способа сварки, диаметра и жесткости проволоки. Для сварки электродной проволокой большого диаметра (3-5 мм) наибольшее распространение получили мундштуки с роликовым скользящим контактом.

При использовании проволок меньшего диаметра (0,8-2,5 мм) применяют трубчатые, мундштуки. Скользящий контакт поддерживается за счет сменных наконечников мундштука.

Применяют также мундштуки колодочного типа, состоящие из двух подпружиненных колодок, и мундштуки сапожкового типа.

Конструкция подвески сварочной головки должна обеспечивать возможность ее установочных перемещений: вертикальное -- для установления необходимого вылета электрода или угла наклона его относительно свариваемого стыка; поперечное -- для установки торца электрода по центру стыка в начале и корректировки его в процессе сварки.

Тележка предназначена для перемещения головки вдоль свариваемого стыка. В большинстве автоматов тележка выполняет роль базового элемента. На ее корпусе устанавливают сварочную головку, кассету для проволоки и пульт управления автоматом. Тележка должна обеспечивать плавность хода в широком диапазоне скоростей сварки.

Различают тележки тракторного и кареточного типов.

Тележка тракторного типа перемещается с помощью бегунковых колес либо по направляющим рельсам, либо непосредственно по свариваемому изделию.

Тележка кареточного типа; перемещается только по направляющим стапеля или устройства крепления самого автомата. Конструкция направляющих элементов зависит от формы свариваемого стыка.

Для сварки продольных прямолинейных швов часто применяют консольные направляющие. Автоматы консольного типа универсальны. Их можно использовать и для сварки поворотных кольцевых швов. Применяются также направляющие портального типа, смещенные относительно изделия и установленные непосредственно на приспособлениях с закрепленными в них изделиями. В автоматах для сварки неповоротных кольцевых стыков каретка перемещается по направляющим, имеющим форму окружности.

Для перемещения каретки используют механизмы с бегунковыми колесами, зубчатыми рейками, ходовыми винтами. Тележки автоматов перемещаются с помощью электродвигателей через редуктор. В автоматах с электроприводом постоянного тока скорость перемещения тележки регулируется изменением частоты вращения двигателя. В приводах переменного тока настройку скорости тележки осуществляют сменными шестернями в редукторе.

В зависимости от способов сварки сварочные автоматы могут снабжаться дополнительными устройствами. Так, при сварке под флюсом сварочные автоматы имеют специальную флюсовую аппаратуру, предназначенную для подачи флюса в зону сварки, удержания его на поверхности шва во время сварки и уборки его по окончании процесса. Такие устройства выполняются в виде съемных бункеров, в которые флюс засыпается и подается самотеком в место сварки в ходе выполнения сварного шва. Иногда применяют специфичные флюсоподающие и убирающие аппараты, работающие с помощью сжатого воздуха.

В автоматах для сварки в защитных газах вместо обычного токоподводящего мундштука используется специальная сварочная горелка, в которой помимо токоподвода, имеются устройства для подачи защитного газа в зону сварки и принудительного охлаждения горелки от перегрева.

Основные принципы работы сварочных автоматов. Устойчивый; процесс сварки и хорошее качество сварных швов обеспечиваются при оптимально выбранных параметрах режима сварки.

К основным параметрам режима относят:

¦ напряжение дуги;

¦ силу сварочного тока;

¦ скорость сварки.

Эти параметры необходимо не только правильно установить, но и поддерживать их неизменно постоянными в процессе сварки.

Наиболее часто подвержено изменениям напряжение дуги, находящееся в прямой зависимости от ее длины. При сварке плавящимся электродом постоянство длины дуги обеспечивается при равенстве скорости подачи электродной проволоки в зону сварки и скорости ее расплавления.

Если скорость подачи проволоки больше скорости ее расплавления, то произойдет уменьшение длины дуги и может возникнуть короткое замыкание электрода с изделием.

Если скорость расплавления проволоки больше скорости ее подачи, то дуга удлиняется вплоть до обрыва и прекращения процесса.

Нарушение равенства скоростей происходит по ряду причин: колебания напряжения в сети, наличие волнистости и неровностей свариваемых поверхностей деталей, неравномерность подачи электродной проволоки за счёт пробуксовывания в подающих роликах, наличие прихваток по длине свариваемых кромок, воздействие магнитного дутья, отклоняющего дугу, и т. д.

Сварочная головка автомата реагирует на эти нарушения и восстанавливает нормальную (заданную) длину дуги.

В применяемых сварочных автоматах используют два принципа регулирования дуги по напряжению:

¦ саморегулирование дуги при постоянной скорости подачи электрода;

¦ принудительное регулирование, при котором скорость подачи электрода автоматически изменяется в зависимости от напряжения дуги.

На основе принципа саморегулирования дуги разработан ряд сварочных автоматов, работающих с постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости подачи проволоки. Они просты в устройстве и надежны в работе.

Другой вид автоматов основан на изменении скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения на дуге. Если по какой-то причине длина дуги возрастает, то возрастает и напряжение дуги. Двигатель привода подачи электродной проволоки начнет вращаться быстрее, увеличивая скорость подачи проволоки.

3. Перед вами несколько редукторов. Объясните, как определить по внешнему виду, для какого газа они предназначены

Редукторы окрашиваются в те же цвета, что и баллоны, на которые они устанавливаются. Также кислродный редуктор имеет правую резьбу крепления, а ацетиленовый-- левую, причем фиксируется еще хомутом.

Билет 16.

1. Флюсы (назначение, классификация, применение)

Сварочные флюсы применяют при автоматической и механизированной дуговой сварке под флюсом, при ручной дуговой сварке чугуна и цветных металлов. Они представляют собой сыпучее зернистое вещество, которое при расплавлении образует жидкий шлак, защищающий металл сварного шва от азота и кислорода воздуха.

Кроме того, назначение флюсов следующее:

¦ обеспечение устойчивого горения дуги;

¦ раскисление сварочной ванны и получение плотных швов без пор и шлаковых включений;

¦ легирование металла шва;

¦ уменьшение потерь электродного металла на угар и разбрызгивание;

¦ улучшение формирования шва;

¦ сохранение теплоты в зоне сварки, вследствие чего химические реакции между жидким металлом и шлаком проходят более полно.

По способу изготовления флюсы делят на:

¦ плавленые;

¦ неплавленные.

Плавленые флюсы изготовляют сплавлением флюсовой шихты определенного состава в электрических или пламенных печах с последующей ее грануляцией до получения крупинок (зерен) требуемого размера. По строению зерен плавленые флюсы разделяют на:

¦ стекловидные;

¦ пемзовидные.

Стекловидный флюс представляет собой прозрачные зерна с острыми гранями, окрашенными в зависимости от состава флюса в различные цвета. Для его получения жидкий расплав флюса при 1200-1250 °С тонкой струей сливают в бак с холодной проточной водой. Расплав быстро затвердевает и растрескивается на мелкие зерна.

Пемзовидный флюс представляет собой зерна пенистого материала также различных оттенков. При выливании в воду жидкого расплава флюса, нагретого до 1550-1600°С, пары воды вспенивают расплавленную массу, образуя пемзовидный флюс.

Плавленые флюсы (ГОСТ 9087-81), применяемые при автоматической и механизированной дуговой электрошлаковой сварке и наплавке стали, выпускают 21 марки.

Размер зерен флюса -- от 0,25 до 4 мм. Флюсы -- стекловидный с размером зерен не более 2,5 мм и пемзовидный с размером зерен не более 4 мм-- предназначены для автоматической сварки проволокой диаметром не менее 3 мм. Стекловидный флюс с размером зерен не более 1,6 мм предназначен для автоматической и механизированной сварки проволокой диаметром не более 3 мм.

Флюс упаковывают в бумажные мешки или другую тару, обеспечивающую его сохранность при транспортировании. Масса одного упаковочного места должна быть не более 50 кг.

Плавленые флюсы различных марок имеют разные области применения. Например: АН-17М, АН-43, АН-47-- для дуговой сварки и наплавки углеродистых низколегированных сталей.

Кроме плавленых широко применяют и неплавленные (керамические) флюсы, получаемые скреплением частиц флюсовой шихты без их расплавления. Они представляют собой механическую смесь тонкоизмельченных природных минералов, ферросплавов и силикатов, сцементированных жидким стеклом и гранулированных на крупинки определенных размеров. Каждое зерно (крупинка) керамического флюса состоит из прочно соединенных мелких частичек и содержит все компоненты флюса , в определенном соотношении.

Керамические флюсы различных марок имеют определенные области применения, например:

АНК-35 и АНК-36 используют для сварки углеродистых сталей;

АНК-47 и АНК-48 --для сварки низколегированных сталей;

АНК-45 -- для сварки высоколегированных сталей АНК-18, АНК-19 и АНК-40--- при наплавочных работах;

АНК-3 служит добавкой (в количестве 5-15%) применяемой в смеси с плавлеными флюсами AH-348 А, ОСЦ-45, АН-60 и другими для повышения стойкости швов против образования пор. Наиболее распространенным видом флюса является вещество бура.

Керамические флюсы гигроскопичны, поэтому хранить их следует в герметически закрывающейся упаковке. Ввиду небольшой прочности зерен транспортировать керамический флюс рекомендуется в жесткой таре -- металлических банках или картонных барабанах.

2. Способы газовой сварки (назначение, техника выполнения)

В практике различают два способа ручной газовой сварки: правый и левый.

Левым способом газовой сварки (рис. 40, а) называется такой способ, при котором сварку ведут справа палево, сварочное пламя направляют на еще несваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени.



Рис.40. Способы сварки: а-- левый; б-- правый

Левый способ наиболее распространен и применяется при сварке тонких и легкоплавких металлов. При .левом способе сварки кромки основного металла предварительно подогревают, что обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. При этом способе сварщик хорошо видит свариваемый шов, поэтому внешний вид шва получается лучше, чем при правом способе.

Правый способ сварки (рис. 40, 6) -- это такой способ, когда сварку выполняют слева направо, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой.

Мундштуком горелки при правом способе выполняют незначительные поперечные колебания.

Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха и замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. Качество шва при правом способе выше, чем при левом. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе.

Поэтому при правом способе сварки угол разделки шва делается не 90°, а 60-70°, что уменьшает количествo наплавляемого металла и коробление изделия.

Правый способ экономичнее левого, производительность сварки при правом способе на 20-25% выше, а расход газов на 15-20% меньше, чем при левом.

Правый способ целесообразно применять при сварке деталей толщиной более 5 мм и при сварке металлов с большой теплопроводностью. При сварке металла толщиной до 3 мм более производителен левый способ.

Мощность сварочной горелки для стали при правом способе выбирается из расчета ацетилена 120-150 дм3/ч, а при левом -- 100-130 дм 3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.

Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки.

При левом способе сварки диаметр присадочной проволоки S = S/2 + 1 мм, а при правом S -- S/2 мм, где S -- толщина свариваемого металла, мм.

3. Нужно, используя газовую сварку, соединить трубы диаметром 45 мм, толщиной стенки 3 мм. Назовите диаметр проволоки, количество слоев сварки

Трубы сваривают в один слой поворотным способом, левым способом, так как он применяется при сварке металла толщиной до 5 мм, диаметр проволоки 2,5 мм.

Билет 17.

1. Металлургические процессы при сварке плавлением

Сварка отличается от других металлургических процессов следующими особенностями: а) происходит при высокой температуре нагрева; б)протекает с большой скоростью; в)характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла; г) при сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого основного металла; д) на расплавленный металл в зоне сварки воздействуют окружающие его газы и шлаки.

Высокая температура при сварке сильно ускоряет процессы плавления электродного и основного металла, электродного покрытия и флюса. При этом происходит выделение газов (в основном за счет окисления углерода), испарение, разбрызгивание и окисление веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы кислорода, азота, водорода при высоких температурах дуги частично распадаются на атом) (диссоциируют). В атомарном состоянии эти элементы обладают высокой химической активностью. Вследствие этого окисление элементов, насыщение металла азотом, поглощение водорода в процессе сварки протекают более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий металл обусловливают кратковременность протекющих химических реакций.

Химический состав, структура и плотность металла шва зависят от состава основного и присадочного металла, характера и состава газов, окружающих жидкий металл, режима сварки и прочих факторов.

Указанные особенности металлургических процессов при сварке затрудняют получение сварных швов высокого качества.

Рассмотрим основные реакции в зоне сварки для стали, как наиболее распространенного металла, подвергаемого сварке.

Окисление. Кислород является наиболее вредной примесью в зоне сварки, так как окисляет элементы, входящие в состав металла шва, и ухудшает его качество, образуя химические соединения -- окислы.

Окисление элементов в основном происходит за счет кислорода, содержащегося в газах и шлаках, сварочной зоны. В меньшей степени окисление может быть вызвано кислородом поверхностных окислов свариваемого металла (окалины, ржавчины). При случайном увеличении длины дуги капли электродного металла могут окисляться кислородом окружающего воздуха.

С железом кислород образует три окисла: FeO, Fe₂O₃,Fe304.

Наибольшее влияние на свойства стали оказывает оксид железа FeO, так как только он растворяется в железе. Растворимость оксида железа в стали зависит главным образом от содержания углерода и температуры металла. С увеличением содержания углерода в стали растворимость оксида железа снижается. При высокой температуре стали растворимость оксида железа выше, чем при низкой температуре.

Поэтому при охлаждении стали происходит выпадение из раствора оксида железа FeO. При высоких скоростях охлаждения часть оксида железа остается в растворе, образуя шлаковые прослойки между зернами металла.

При сварке стали в первую очередь окисляется железо, поскольку оно является основным элементом в стали. Другие элементы, входящие в состав стали (углерод, кремний, марганец), окисляются (выгорают) тем быстрее, чем больше химическое сродство данного элемента с кислородом.

При сварке металла, покрытого ржавчиной, содержащаяся в ней влага испаряется, пары воды разлагаются на водород и кислород, который окисляет железо в FeO.

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов понижает механические свойства, снижает стойкость металла против коррозии, делает металл ломким.

Таким образом, главным условием получения наплавленного металла высокого качества является его защита от окисления кислородом окружающей среды. Это достигается созданием вокруг расплавленного металла защитной среды из газов и шлаков, а также раскислением металла шва.

Раскисление. Процесс удаления кислорода из наплавленного металла с целью повышения его качества называется раскислением. Раскисление ведется путем введения в сварочную ванну элементов-- раскислителей (марганец, кремний, алюминий, титан). Раскислители входят в состав сварочной проволоки или электродных покрытий и флюсов, откуда они поступают в сварочную ванну, вступают в реакцию с оксидом железа FeO, выводя его в шлак.

Рафинирование -- процесс удаления вредных примесей из сварного шва (сера, фосфор). Серу удаляют введением марганца, который образует химическое соединение (сернистый марганец), не растворимое в жидком металле, которое полностью переходит в шлак. Фосфор также в ходе химических реакций переходит в шлак.

Легирование -- процесс введения в сплав элементов, придающих ему требуемые свойства. Путем легирования металла шва его пополняют элементами, содержание которых уменьшилось вследствие выгорания их при сварке. Легирующие элементы входят в состав проволоки электрода, его покрытие, во флюс. Чем лучше раскислен наплавленый металл, тем большее количество легирующего элемента им усваивается.

Рассмотрим вопрос о строении сварного шва.

Сварной шов имеет, следующие зоны: основной металл, металл шва, зона сплавления, зона термического влияния.

Основной металл, который в процессе сварки нагревается и частично расплавляется. Чем выше температура нагрева, тем большие изменения будет претерпевать металл.

Металл шва образуется в результате кристаллизации расплавленных основного и электродного (присадочного) металлов. Доля электродного металла шва составляет при ручной дуговой сварке от 50 до 70%, при сварке под флюсом -- от 30 до 40%.

Зона сплавления, расположенная на границе между основным и наплавленным металлом. Если зерна основного и наплавленного металла хорошо срослись и как бы проникают друг в друга, то такие швы обладают большей прочностью. Зона сплавления имеет очень малую ширину и трудно различима, так как сливается с границей шва. Если между зернами основного металла и металла шва имеется пленка окислов, то в этом месте шов обладает пониженной прочностью из-за нарушения сцепления частиц основного и наплавленного металла.

Зона термического влияния. За зоной сплавления располагается участок основного металла, где он не изменяет своего первоначального химического состава. Однако структура основного металла на этом участке меняется под влиянием нагревания при сварке. Этот участок носит название зоны термического (теплового) влияния, или зоны влияния.

Здесь основной металл уже не нагревается до температуры плавления, хотя температура его достаточно высока и лежит в пределах 1100-1500 °С, что вызывает значительный рост зерен на данном участке что влияет на прочность шва.

Ширина зоны термического влияния зависит о вида, способа и режима сварки -- при ручной дуговой сварке она равна 2,5-6 мм, при механизированно сварке -- 2,5-4 мм, при сварке в защитных газах 1-2,5 мм.

2. Ручные резаки (назначение, устройство, принцип действия, требования техники безопасности)

Резаки служат для смешения горючего газа с кислородом, образования подогревающего пламени и подач к разрезаемому металлу струи режущего кислорода.

Ручные резаки для газовой резки классифицируются по следующим признакам:

¦ по роду горючего газа, на котором они работают, - для ацетилена, газов-заменителей, жидких горючих;

по принципу смешения горючего газа и кислорода --на инжекторные и безынжекторные;

¦ по назначению -- на универсальные и специальные;

¦ по виду резки -- для разделительной, поверхностной, кислородно-флюсовой, копьевой.

В настоящее время широкое применение получили универсальные резаки. К универсальным резакам предъявляют следующие основные требования: возможность резки стали толщиной от 3 до 300 мм и в любом направлении, устойчивость против обратных ударов, малая масса и удобство в обращении.

Как и сварочные горелки, резаки имеют инжекторное устройство, обеспечивающее нормальную работу при любом давлении горючего газа. Инжекторный резак отличается от инжекторной горелки тем, что имеет отдельный канал для подачи режущего кислорода и специальную головку, которая представляет собой два сменных мундштука-- внутренний и наружный.

Ацетиленокислородный инжекторный резак (рис. 41) состоит из двух основных частей -- ствола и наконечника. .



Рис. 41 Принципиальная схема инжекторного резака

Ствол состоит из рукоятки 7 с ниппелями 5 и 6 для присоединения кислородного и ацетиленового рукавов, корпуса 8 с регулировочными кислородным 4 и ацетиленовым, 9 вентилями, инжектора 10, смесительной камеры 12, трубки 13, головки резака 1 с внутренним мундштуком 14 и наружным 15, трубки режущего кислорода 2 с вентилем 3. Ствол присоединяется к корпусу 8 накидной гайкой 11.

Кислород из баллона поступает в резак через ниппель 5 и в корпусе разветвляется по двум каналам. Часть газа, проходя через вентиль 4, направляется в инжектор 10.

Выходя из инжектора с большой скоростью, струя кислорода создает разрежение и подсасывает ацетилен, образующий с кислородом в камере 12 горючую смесь, которая, проходя через зазор между наружными и внутренними мундштуками, сгорает, образуя подогревающее пламя.

Другая часть кислорода через вентиль 3 поступает в трубку 2 и, выходя через центральный канал внутреннего мундштука 14, образует струю режущего кислорода.

Основной деталью резака является мундштук, который в процессе резки быстро изнашивается. Для получения качественного реза необходимо иметь правильные размеры и необходимую чистоту каналов мундштука.

Мундштуки, которые используются в резаках, разделяются на две группы. К первой группе относятся цельные неразборные мундштуки (рис.42, а).



Рис. 42. Схемы конструкций мундштуков: а -- неразборные; б -- составные; в, г -- многосопловые

Ко второй группе относятся составные мундштуки, состоящие из двух самостоятельных мундштуков. Ониимеют кольцевую щель для выхода горючей смеси (рис.42, б). Горючая смесь поступает по кольцевому зазору между внутренним и наружным мундштуками. По центральному каналу внутреннего мундштука подается режущий кислород.

Конструкции многосопловых составных мундштуков изображены на рис. 42, в, г. Составные резаки с кольцевой щелью легче изготовлять и заменять. Перед началом работы необходимо ознакомиться с инструкцией по эксплуатации резака и убедиться в его исправности.

Прежде чем начать работу, проверяют правильность присоединения шлангов к резаку (кислородный шланг присоединяют к штуцеру с правой резьбой, шланг с горючим газом -- к штуцеру с левой резьбой), инжекцию в каналах горючего газа, герметичность всех разъемных соединений.

Резак зажигают в такой последовательности.

1. Открывают на 1-4 оборота вентиль подогрева кислорода и создают разрежение в газовых каналах, затем открывают вентиль для газа и зажигают горючую смесь.

2. Подогревающее пламя регулируют кислородным и газовым вентилями.

После этого приступают к резке. Металл нагревают подогревающим пламенем до соломенного цвета, открывают вентиль режущего кислорода и выполняют резку.

3. Если нужно погасить пламя, то в первую очередь перекрывают вентиль горючего газа, а затем --кислородный.

В процессе резки по мере нагрева мундштука необходимо регулировать подогревающее пламя до нормального. При сильном нагреве наконечника его охлаждают водой.

4. Чтобы вода не попадала в каналы резака, закрывают только газовый вентиль, оставляя кислородный открытым.

5. При засорении каналов мундштуков их прочищают медной или алюминиевой иглой. При разборке резаков сначала отсоединяют ствол от корпуса, затем из корпуса вывертывают кислородный и газовый вентили, инжектор и снимают наружный и внутренний мундштуки,

6. При резке могут возникнуть следующие неисправности: отсутствие подсоса в канале горючего газа, вентили не перекрывают подсоса в канале горючего газа, частые хлопки пламени, утечка газа в соединениях и др.

Отсутствие подсоса в газовом канале возникает из-за засорения инжектора, смесительной камеры и каналов мундштука, плохой затяжки инжектора и накидной гайки смесительной камеры.

Частые хлопки пламени возникают при засорении мундштука, инжектора и смесительной камеры, При перегреве мундштука или недостаточном давлении подогревающего кислорода.

Утечка газа в соединениях вызывается ослаблением соединений и износом прокладок. Все мелкие неисправности -- перекос мундштуков, негерметичность соединений, прочистка инжектора и каналов мундштуков, снятие нагара и брызг с поверхности мундштука и др. резчик устраняет во время работы. Более сложный ремонт, требующий специального инструмента, выполняется с разрешения руководства предприятия.

3. Назовите максимально допустимое рабочее давление, которое может быть при работе с кислородным баллоном, ацетиленовым баллоном, ацетиленовым переносным генератором

Кислородный баллон рассчитан на рабочее давление 15 МПа, ацетиленовый -- максимальное давление 15 МПа, ацетиленовый генератор -- низкого давления до 0,02 МПа, среднего -- от 0,02 до 0,15 МПа.

Билет 18.

1. Устройство и назначение сварочного преобразователя

Сварочный преобразователь (рис. 43) представляет собой машину, служащую для преобразования переменного тока в постоянный сварочный ток.

Он состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного трехфазного асинхронного электродвигателя 8, сидящих на одном валу и смонтированных в общем корпусе. Сварочный генератор состоит Из корпуса 11 с укрепленными на нем магнитными полюсами 10 и приводимого во вращение якоря 12.

Рис. 43. Сварочный преобразователь

Тело якоря набрано из отдельных лакированных пластин электротехнической стали. В продольных пазах его уложены витки обмотки. Рядом с якорем находится коллектор, состоящий из большого числа изолированных друг от друга медных пластинок 1, к которым припаяны начала и концы каждой группы витков якоря.

Магнитное поле внутри генератора создается магнитными полюсами обмоток возбуждения, которые питаются постоянным током от щеток 2 самого генератора. В распределительном устройстве 4 размещены пакетный выключатель, регулировочный реостат 3, вольтметр 6, доски зажимов 5 высокого и низкого напряжения и другая аппаратура. При включении электродвигателя якорь начинает вращаться в магнитном поле и в витках его возникает переменный тик, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный.

К коллектору прижимаются угольные щетки 2, с помощью которых постоянный ток снимается с коллектора и подводится к зажимам 5 («+» и «-»). К этим же зажимам присоединяют сварочные провода, подводящие сварочный ток к электроду и изделию. Для охлаждения преобразователя во время его работы на валу имеется вентилятор 7.

Ходовая часть преобразователя состоит из переднего поворотного колеса с тягой 9 и двух задних колес, сидящих на одной оси. Это позволяет передвигать его на небольшое расстояние. Для подъема и перемещения преобразователя предусмотрены два рым-болта.

Сварочный ток регулируется с помощью маховичком 3 реостата: при вращении его по часовой стрелке сарочный ток увеличивается, и наоборот.

2. Наплавочные работы (виды, назначение, технология, материалы)

Наплавка деталей и восстановление изношенных деталей наплавкой -- эффективный и экономичный способ продления срока службы деталей и машин.

Наплавку выполняют с помощью сварки, преимущественно дуговой, для наложения необходимого слоя металла на поверхность детали с целью повышения ее стойкости против истирания, повышенных температур, абразивного изнашивания, коррозии и других видов разрушения.

Наплавку применяют для восстановления размеров изношенных деталей и создания слоя металла и поверхности детали, отличающегося по своим свойствам от основного металла детали повышенной износостойкостью, антикоррозионностью, жаростойкостью и другими свойствами.

Наиболее распространены ручная дуговая наплавка, покрытыми электродами, наплавка неплавящимися угольным или вольфрамовым электродом в среде защитного газа, наплавка в углекислом газе, под слоем флюса, вибродуговая наплавка.

По степени механизации процесса различают наплавку:

¦ ручную дуговую покрытыми электродами;

¦ полуавтоматическую;

¦ автоматическую.

Материалы для наплавки. Сплавы, применяемые для дуговой наплавки, можно подразделить на:

¦ литые (сормайт);

¦ порошкообразные или зернистые (вокар, висхром-9);

¦ плавленые карбиды и спеченные.(карбиды вольфрама и титана).

Для ручной и механизированной наплавки выпускают большое количество различных наплавочных материалов (проволок, лент, электродов, флюсов и др.) наличных химических составов и свойств. При выборе наплавляемого металла учитывают химический состав металла наплавляемой детали, условия работы, характер и вид нагрузки, износ, требуемую износостойкость.

Особое внимание при наплавке под флюсом уделяют свойствам флюсов: способствуют ли они формированию наплавленного металла, стабильности горения нуги, какой склонностью обладают к образованию пор в наплавленном металле, какие содержат легирующие элементы.

Наплавку выполняют покрытыми, проволочными и (ниточными электродами. При этом ленточный и проволочный электроды могут быть сплошными или в виде порошковой ленты или порошковой проволоки.

Порошковый электрод представляет собой стержень из порошковой проволоки, имеющий толстое основное покрытие. На свойства и состав наплавленного

металла влияют изменения состава порошкового наполнителя.

Порошковые электроды более производительные, чем стержневые.

При наплавке порошковым электродом создается защита легирующих элементов за счет более быстрого плавления наполнителя по сравнению со скоростью плавления оболочки электрода.

Наплавку высоколегированных сталей рекомендуется вести под низколегированными флюсами ФЦЛ-2 и АН-20, под бескислородными флюсами БКФ-1, ВКФ-2, под флюсами 48-ОФ-7 и АН-70.

Технология и способы наплавки. Сущность процесса наплавки заключается в использовании теплоты для расплавления присадочного материала и его соединения с основным металлом детали.

Используя возможности дуговой наплавки, на поверхности детали можно получить наплавленный слой любой толщины, любого химического состава с разнообразными свойствами.

Наплавка может производиться на:

¦ плоские;

¦ цилиндрические;

¦ конические;

¦ сферические и другие формы поверхности в один или несколько слоев.

Толщина слоя наплавки может изменяться в широких пределах -- от долей миллиметра до сантиметров. При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами, как правило, химический состав наплавленного металла существенно отличается от химического состава основного металла.

Поэтому при наплавке должен выполняться ряд технологических требований.

1. В первую очередь таким требованием является минимальное разбавление наплавленного слоя основным металлом, расплавляемым при наложении валиков. Поэтому в процессе наплавки необходимо получение наплавленного слоя с минимальным проплавлением основного металла, так как в противном случае возрастает доля основного металла в формировании наплавленного слоя. Это приводит к ненужному разбавлению наплавленного металла расплавляемым основным.

2. При наплавке необходимо обеспечение минимальной зоны термического влияния и минимальных напряжений и деформаций.

Это требование обеспечивается за счет уменьшения глубины проплавления, регулированием параметров режима, погонной энергии, увеличением вылета электродной ленты и другими технологическими приемами.

Рис. 44 Схема наплавки слоев

В, h, h_np -- соответственно ширина валика, высота наплавки, глубина проплавления; Sn -- шаг наплавки

Технология наплавки различных поверхностей предусматривает ряд приемов нанесения наплавленного слоя:

¦ ниточными валиками с перекрытием один другого на 0,3-0,4 их ширины;

¦ широкими валиками, полученными за счет попе речных к направлению оси валика колебаний электрода, электродными лентами и др.

Расположение валиков с учетом их взаимного перекрытия характеризуется шагом наплавки (рис. 44)

Наплавку криволинейных поверхностей тел вращения выполняют тремя способами (рис. 45):

Рис. 45. Наплавка тел вращения:

а -- по образующей; б-- по окружности;.в -- по винтовой линии

¦ наплавкой валиков вдоль образующей тела вращения;

¦ по окружностям;

¦ по винтовой линии.

Наплавку по образующей выполняют отдельными валиками так же, как при наплавке плоских поверхностей.

Наплавка по окружности также выполняется отдельными валиками до полного замыкания начального и конечного участков со смещением их на определенный шаг вдоль образующей.

При винтовой наплавке деталь вращают непрерывно, при этом источник нагрева перемещается вдоль тела со скоростью, при которой одному обороту детали соответствует смещение источника нагрева, равное шагу наплавки.

При наплавке тел вращения необходимо учитывать возможность стекания расплавленного металла в направлении вращения детали. В этом случае источник нагрева смещают в сторону, противоположную направлению вращения (рис. 46).

Рис. 46 Смещение электрода при наплавке тел вращения:

а-- наклонно расположенным электродом; б - вертикальным расположением электрода

Предварительный подогрев наплавляемой детали до температуры 200-250 °С уменьшает склонность наплавленного металла к образованию трещин.

Все дефекты в наплавленном металле можно подразделить на. наружные и внутренние.

К последним относятся непровар (несплавление наплавленного металла с основным), пористость, трещины и шлаковые включения. Наружные дефекты, к которым относятся раковины и трещины, выявляют визуально.

Режимы наплавки характеризуются следующим параметрами: .

¦ при ручной наплавке покрытым электродом в технологии указывают марку электрода, его диаметр, род тока, сварочный ток;

¦ при автоматической наплавке -- тип электродного материала (проволока, лента: сплошного сечения, порошковая), ток, напряжение дуги, длину дуги, скорость наплавки;

¦ при наплавке в защитном газе дополнительно указывают защитный газ;

¦ при наплавке под флюсом -- марку флюса.

Выбирая способ наплавки, вначале оценивают возможность его применения в данном конкретном случае, затем определяют возможность обеспечения технических требований, предъявляемых к наплавленному материалу, и, наконец, оценивают экономическую эффективность наплавки. При оценке экономической эффективности способа наплавки общую стоимость ручной дуговой наплавки принимают за 100%, наплавку под слоем флюса-- 74%, а вибродуговую наплавку ---82%.