Электрическая сварка в среде защитных газов, ёмкости 500/500/500 толщиной стенок 3мм, материал 30ХГСА

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

ЭКЗАМЕННАЦИОННАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ:

«Электрическая сварка в среде защитных газов, ёмкости 500/500/500 толщиной стенок 3мм, материал 30ХГСА»

Выполнил Ямщиков И.М.

г. Мелеуз, 2012г.



1. Значение и сущность процесса электродуговой сварки

Сварка -- это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или пластическом деформировании.

Сварка применяется для соединения металлов и их сплавов, термопластов во всех областях производства и в медицине.

При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, электрический ток, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только в условиях промышленных предприятиях, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.

2. Организация рабочего места

Места проведения сварочных работ разделяют на постоянные и временные.

Постоянные (стационарные) места предназначены для работ, которые выполняются в специально оборудованных цехах, мастерских и т.д. Устанавливают сварочный аппарат в защищенном от атмосферных воздействий, стол сварщика, манипулятор, вытяжку и т.д. в хорошо проветриваемом помещении площадью не менее 3 м2. Лучше всего, если пол бетонный, а стены помещения не должны отражать сварочные блики, что может представлять опасность для глаз.

Рабочее место сварщика должно располагаться в специальной кабине, примерная компоновка которой представлена на рис.1.

Рис. 1

Постоянным рабочее место закрепленное за рабочим или бригадой рабочих, оснащенной в соответствии с требованиями определенного технологического процесса оборудованием, инструментом, приспособлениями и т. д.

При обслуживании рабочего места необходимо обращать внимание на определенный круг вопросов:

- своевременность получения сменных заданий, нарядов, чертежей;

- поддержание оборудования в работоспособном состоянии;

- своевременность и способы доставки на рабочее место материалов, за готовок, электродов и т. п.;

- контроль качества изготовляемой на рабочем месте продукции;

- поддержание на рабочем месте надлежащего порядка.

Электросварщик обязан выполнять Работы на специально отведенном постоянном сварочном участке.

В цехах, где имеется небольшое количество сварочных постов по сварке малых и средних изделий, Работы электросварщик обязан производить в кабинах с открытым верхом с высотой стенок кабины не менее 2 м, зазором между полом и стенками кабины не менее 50 мм, при сварке с использованием защитных газов - не менее 300 мм. Этот зазор должен быть огражден сеткой из негорючего материала с размером ячеек не более 1х1мм.

Электросварщик обязан учитывать, что в процессе работы на него могут действовать вредные и опасные производственные факторы.

Электросварщики обеспечиваются специальной защитной одеждой, специальной обувью и средствами индивидуальной защиты в зависимости от характера работ, согласно действующих отраслевых норм. Электросварщики обязаны использовать средства индивидуальной защиты, а именно:

- электросварщики ручной дуговой сварки - костюм брезентовый, перчатки диэлектрические (дежурные), щиток защитный (маску), ботинки кожаные, рукавицы брезентовые;

- электросварщики полуавтоматической и автоматической сварки - костюм хлопчатобумажный (далее "х/б"), галоши диэлектрические, очки защитные, рукавицы брезентовые, перчатки.

Для удаления сварочной пыли и газов должна устанавливаться вытяжная вентиляция, удаляющая вредные газы и пыль непосредственно у места их образования.

При временном или аварийном отключении от общей вентиляции или местных отсосов при сварке, наплавке в помещениях и на открытых площадках, где концентрация газов не превышает предельно допустимые нормативные нормы, а запыленность воздуха высокая, для защиты органов дыхания применять противопылевые респираторы ШБ-1 "Лепесток" или "Астра-2".

Рабочие кабины.

Для защиты рабочих от излучения дуги в постоянных местах сварки устанавливают для каждого сварщика отдельную кабину размером 2X2,5 м. Стенки кабины могут быть сделаны из тонкого железа, фанеры, брезента. Фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов. Каркас кабины изготовляют из трубы или из угловой стали. Пол в кабине должен быть из огнестойкого материала (кирпич, бетон, цемент). Стенки окрашивают в светло-серый цвет красками, хорошо поглощающими ультрафиолетовые лучи (цинковые или титановые белила, желтый крон). Освещенность кабины должна быть не менее 80--100 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией с воздухообменом 40 м3/ч на каждого рабочего. Вентиляционный отсос должен располагаться так, чтобы газы, выделяющиеся при сварке, проходили мимо сварщика.

Сварку деталей производят на рабочем столе. Крышку стола изготовляют из чугуна толщиной 20--25 мм. Сварочный пост оснащен генератором, выпрямителем или сварочным трансформатором.

Шлемы (маски) применяют для защиты лица сварщика от вредного действия лучей сварочной дуги и брызг расплавленного металла. Их изготовляют по ГОСТ 1361 из фибры черного матового цвета или специально обработанной фанеры. Щитки и шлемы должны иметь массу не более 0,6 кг. В щиток или шлем вставляют специальный светофильтр, удерживаемый рамкой размером 120 x 60 мм.

Нельзя пользоваться случайными цветными стеклами, так как они не могут надежно защищать глаза от невидимых лучей сварочной дуги, вызывающих хроническое заболевание глаз.

Защитные светофильтры имеют различную плотность. Наиболее темное стекло имеет марку ЭС-500 и применяется при сварке током до 500 А, среднее ЭС-300 -- для сварки током до 300 А, более светлое стекло ЭС-100 -- для сварки током 100 А и менее. Снаружи светофильтр защищают от брызг расплавленного металла обычным прозрачным стеклом, которое нужно 2--3 раза в месяц заменять новым.

Электрододержатели применяют для закрепления электрода и подвода к нему тока при ручной электродуговой сварке.

Основные параметры электрододержателей должны соответствовать указанным в табл. 1.

Табл. 1

сварщик электродержатель инструмент

Электрододержатели должны допускать возможность захвата электрода не менее чем в двух положениях: перпендикулярно и под углом не менее 115° коси электрододержателя. Конструкция электрододержателя должна обеспечить время на смену электрода не более 4 с. Токове-дущие части электрододержателей должны быть надежно изолированы от случайного соприкосновения со свариваемым изделием или руками сварщика. Сопротивление изоляции должно быть не менее 5 Мом.

Изоляция рукоятки должна выдерживать без пробоя в течение 1 мин испытательное напряжение 1500 В при частоте 50 Гц.

Превышение температуры наружной поверхности рукоятки при номинальном режиме работы не должно быть более 55° С. Поперечное сече¬ние рукоятки на длине, охватываемой ладонью сварщика, должно вписываться в круг диаметром не более 40 мм.

Электрододержатели должны обладать достаточной механической прочностью.

Дополнительный инструмент сварщика.

Для присоединения провода к изделию применяют винтовые зажимы типа струбцин, в которые конец провода впаивают твердым припоем. Зажимы должны обеспечивать плотный контакт со свариваемым изделием.

Для зачистки швов и удаления шлака применяют проволочные шетки -- ручные и с электроприводом.

Для клеймения швов, вырубки дефектных мест, удаления брызг и шлака служат клейма, зубила* молотки.

Для хранения электродов при сварке на монтаже применяют брезентовые сумки длиной 300 мм, подвешиваемые к поясу сварщика. В цеховых условиях для этой цели используют стаканы, изготовленные из отрезка трубы диаметром 50--75 мм, длиной 300 мм, с приваренным донышком-подставкой.

Электросварщик должен быть снабжен комплектом вспомогательных инструментов, в который входят:

- пневмошлифмашинка;

- молоток с заостренным концом для отбивания шлака;

- стальные щетки ( широкая и узкая) для очистки свариваемых кромок и поверхностей швов (ТУ 406-297);

- слесарный молоток по ГОСТ 2310-77 и зубило длинной не менее 150 мм по ГОСТ 7211 для вырубки мелких дефектов;

- набор шаблонов для промера размеров швов;

- персональное клеймо для клеймения швов.

Электросварщик при выполнении автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом должен быть снабжен комплектом вспомогательных инструментов, в который входят :

- набор гаечных ключей по ГОСТ 2838;

- отвертка (ГОСТ 10754) ;

- напильник (ГОСТ 1465);

- плоскогубцы комбинированные по ГОСТ 5547-75; - молоток № 8 по ГОСТ 2310;

- зубило длиной не менее 150 мм или пневмозубило;

- тара для флюса;

- совок;

- пневмошлифмашинка с зачистными кругами по ГОСТ 21963;

- персональное клеймо для клеймения швов.

Сварочные провода служат для подвода тока от сварочной машины или трансформатора к электроде держателю и свариваемому изделию. Э1ектрододержатели снабжают гибким изолированным проводом ПРГ (провод резиновый гибкий) или ПРГН (провод резиновый гибкий нейритовый), сплетенным из большого количества медных, отожженных и пролуженных проволочек диаметром 0,18--0,2 мм.

Рекомендуемые сечения сварочного провода приведены в табл. 2.

Применять провод длиной более 30 м не рекомендуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи.

Табл. 2

Подготовка рабочего места сварщика.

- убрать все лишние предметы с рабочего места, не загромождая при этом проходов к электрооборудованию, к средствам пожаротушения, приступать к работе только на чистом, не скользком полу;

- убедиться в исправности сварочного оборудования и соответствии рабочего места требованиям ТБ, исправности заземления сварочной установки, свариваемого изделия;

- расположить сварочные провода таким образом, чтобы они не подвергались механическим повреждениям и действию высокой температуры, не соприкасались с влагой;

- убедиться в том, что вблизи рабочего места не расположены пожаро- и взрывоопасные вещества и горючие материалы в радиусе 5 м.

Детали и заготовки уложить или установить в устойчивом положении на подкладках и стеллажах таким образом, чтобы высота штабелей не превышала полторы ширины и полтора диаметра основания штабеля, но не более 1 метра.

Проверить:

- работу подъемных механизмов.

- освещенность рабочего места.

- ознакомиться с предстоящей работой и подготовить необходимый для ее выполнения инструмент и технологическую оснастку.

- использовать исправный переносной светильник. Учитывать, что:

- переносной ручной светильник должен иметь рефлектор, защитную сетку, крючок для подвешивания и шланговый провод с вилкой, сетку закрепленную на рукоятке винтами или хомутами, патрон встроенный в корпус светильника таким образом, чтобы токоведущие части патрона и цоколя лампы были недоступны для прикосновения к ним руками.

- для питания светильника в особо опасных помещениях и в помещениях с повышенной опасностью применять напряжение не выше 12 В и 42 В соответственно.

- вилки светильников напряжением 12 В и 42 В не должны подходить к розеткам 127 и 220В, штепсельная розетка напряжением 12 В и 42 В должна визуально отличаться от розеток напряжением 127 В и 220 В.

- проверить исправность местной и общеобменной вентиляции.

3. Выбор источника питания и его характеристика

Полуавтоматы сварочные ИТС ПДГО-510 с ВДУ-506С

Пределы регулирования сварочного тока, А	50-500
Напряжение холостого хода, В, не более	85
Масса, кг, не более	230
Номинальный сварочный ток, А (при ПВ, %)	500 (60)
Потребляемая мощность при номинальном токе, кВа, не более	40
Диаметр электрода, мм	2-8
Пределы регулирования сварочного напряжения, В	22-46
Напряжение питающей сети, В (50Гц)	3х380
Номинальное сварочное напряжение, В	46
Габаритные размеры, мм, не более	840х505х795



4. Инструменты, принадлежности и спецодежда

Инструментом и принадлежностями электросварщика являются: электрододержатель, щиток или маска, специальный молоток с зубилом, стальная щетка, металлические клейма для маркировки сварных швов и ящик или сумка для хранения и переноски электродов и инструмента.

Электрододержатель -- один из основных инструментов электросварщика, от которого во многом зависят производительность и безопасные условия труда.

Электрододержатель должен удовлетворять следующим требованиям: быть легким (не более 0,5 кг) и удобным в обращении; иметь надежную изоляцию; не нагреваться приработе и обеспечивать наиболее полное расплавление электрода; обеспечивать быстрое и надежное закрепление электрода в удобном для сварки положении; его зажимное устройство должно действовать без больших усилий как при закреплении электрода, так и при его смене; присоединение сварочного провода к стержню держателя должно быть прочным и обеспечивать надежный контакт. Для ручной, дуговой сварки существуют несколько типов электрододержателей (рис. 13). В некоторых из них для безопасности работы сварщика в момент прекращения процесса сварки предусмотрено либо ручное, либо автоматическое отключение тока. Один из таких электрододержателей показан на рис. 14. Он состоит из губки 1 для зажима электрода, цилиндрической рукоятки 2 и трубки 3, изготовленных из пластических материалов и являющихся изоляторами. В рукоятке расположен цилиндрический контакт 4, в продольный канал 5 которого вставлен шток соединительного стержня 6. Соединительный стержень ввинчивается в трубку и фиксируется винтом 7. В трубку вставлен электрический провод 8. На оголенный участок провода надевается чашечный контакт 10, который фиксируется в трубке винтом П. При ввинчивании стержня 9 в трубку до соприкосновения его с контактом 10 электрическая цепь от провода до цилиндрического контакта 4 замыкается. При одном-двух поворотах цилиндрической рукоятки стержень 6 вывинчивается из трубки 3 и образует зазор между ним и контактом 10, в результате чего электрическая цепь размыкается.

Щитки и маски (рис. 15) применяются для предохранения глаз и кожи лица сварщиков от вредного влияния электрических лучей и брызг расплавленного металла.



Их изготовляют из легкого токонепроводящего материала (фибра, спецфанера). Масса щитка или маски не должна превышать0,6 кг. За процессом сварки наблюдают через специальные стекла. Темные стекла-светофильтры марки Э-1 применяют при величине тока до 70 А, Э-2 -- при величине тока до 200 А, Э-3 -- при величине тока 400 А и Э-4 -- при величине тока больше 400 А. Для предохранения от брызг металла светофильтры марки ТС-3 закрывают прозрачным стеклом.

Для работы в монтажных условиях лучше применять каску-маску (рис. 16), которая также надежно защищает голову от падающих сверху предметов и удобна в эксплуатации как в летнее, так и в зимнее время.

Сварочные провода. Ток от силовой сети подводится к сварочным аппаратам по проводам марки КРПТ. От сварочных аппаратов к рабочим местам сварочный ток поступает по гибкому проводу марки ПРГ, АПР или ПРГД с резиновой изоляцией.

К электрододержателю должен быть подключен гибкий медный провод марки ПРГД длиной не менее 3 м.

В табл. 1 приведены данные по выбору сечения гибких сварочных проводов.

Длина проводов от сварочных аппаратов к рабочему месту не должна быть более 30--40 м, так как при большей длине проводов напряжение в них значительно упадет, что приведет к уменьшению напряжения дуги.

Для соединения сварочных проводов применяют специальные муфты (рис. 17).

Вспомогательный инструмент. Стальная щетка (рис. 18,д) применяется для очистки металла от грязи, ржавчины перед сваркой и шлака после сварки.

Молоток с заостренным концом применяют для отбивки шлака со сварных швов и для поставки личного клейма (рис. 18,6), зубило (рис. 18, в) применяют для вырубки дефектных мест сварного шва. Для замера геометрических размеров сварных швов электросварщику выдают набор шаблонов, а для клеймения их -- стальные клейма.

Спецодежда электросварщика. Спецодежда (куртка и брюки или комбинезон, а также рукавицы) изготовляются из плотного брезента, сукна, асбестовой ткани и других материалов. Спецодежда выдается бесплатно в соответствии с нормами и сроками носки. Брюки носят навыпуск, а куртку --не заправляя в- брюки. Карманы куртки должны закрываться клапанами, чтобы избежать попадания расплавленного металла. Куртка должна застегиваться на все пуговицы. В резиновой спецодежде, обуви и перчатках, за исключением особенно сложных условий, работать нельзя, так как брызги металла прожигают резину. Головной убор должен быть без козырька, а обувь -- на резиновой подошве. В холодное время года разрешается надевать валенки.

5. Выбор сварочных приспособлений

В процессе изготовления сварных конструкций должны быть обеспечены заданные технологическим процессом взаимное положение соединяемых деталей и условия, наиболее благоприятные для образования качественного соединения. Это достигается применением технологических приспособлений и оснастки.

Технологические приспособления делятся на сборочные, предназначенные для сборки под сварку и фиксации деталей при помощи прихваток или простейших механических устройств; сварочные, предназначенные для сварки заранее собранных деталей с зафиксированным взаимным положением; сборочно-сварочные, позволяющие совместить операции сборки и сварки.

Тип технологического приспособления выбирают в зависимости от производственной программы (единичное, серийное или массовое производство), конструкции изделия (листовые или решетчатые конструкции, детали машин и др.), технологии и степени точности изготовления заготовок (механическая обработка, газовая резка и т. д.) и технологии сборки и сварки (необходимость в зазорах, допустимые их изменения или допустимые превышения кромок и т. д.).

Сварочные приспособления должны допускать свободное перемещение отдельных элементов конструкции вследствие нагрева и последующего остывания зоны сварки, а при необходимости уменьшить или по возможности исключить деформации, возникающие в сварном изделии и в самом приспособлении вследствие температурных воздействий. При сварке крупногабаритных конструкций, обладающих малой жесткостью (рамные, решетчатые, листовые), приспособления должны обеспечивать фиксацию отдельных свариваемых кромок, а не всего изделия в целом. При проектировании приспособления необходимо предусмотреть доступ к местам сварки и прихватки, быстрый отвод теплоты от мест интенсивного нагрева, сборку узла с минимального числа установок, свободный доступ для проверки размеров изделия и свободный съем собранного или сваренного изделия.

Технологические приспособления могут быть специализированными (для сварки определенного типа изделий) или универсальными. В качестве примера на рис. 8-58 показан специализированный стенд для сборки и сварки рамной конструкции. Универсальное приспособление для аналогичных целей (рис. 8-59) содержит ряд плит с пазами. В зависимости от конфигурации свариваемого изделия к плите прикрепляют устройства для базирования свариваемых деталей (фиксаторы и т. п.) и для прижатия деталей к базовым поверхностям (прижимы, стяжки, распорки и т. п.).

В ряде случаев для прижима может быть использован вес свариваемых деталей.

Рис. 8-58 Специализированный стенд с постоянными фиксаторами для сварки рамных конструкций



Рис. 8-59 Универсальные сборочно-сварочные стенды из нормализованных элементов

Фиксаторы. Это элементы, определяющие положение свариваемой детали относительно всего приспособления. К фиксаторам (рис. 8-60) относятся карманы (а), упоры: постоянные (б), съемные (в) и откидные (г); установочные пальцы и штыри: постоянные (д), съемные (е); призмы; жесткие и регулируемые (ж) и шаблоны (з).

Рис. 8-60 Фиксаторы

Съемные упоры применяют в настраиваемых по типу деталей приспособлениях или при сварке деталей, съем которых невозможет из-за упоров. Как правило, упоры служат и опорными базами, а в некоторых случаях шаблонами для приварки сопряженных деталей. Пальцы или штыри обеспечивают более точную установку деталей и применяются при наличии в деталях обработанных поверхностей. Призмы регулируемые и жесткие применяются для сварки труб, профилей и т. п.

Шаблоны предназначены для фиксирования устанавливаемых при сборке деталей по другим деталям в этом узле или по каким-либо опорным контурам изделия. В этом случае само изделие является несущим элементом приспособления.

Прижимы. Это элементы приспособлений, обеспечивающие прижимы деталей к фиксаторам или другим несущим поверхностям приспособлений. Различают прижимы механические, пневматические, магнитные и гидравлические.

Механические прижимы являются наиболее простыми и поэтому наиболее распространенными (рис. 8-61, а--д). Клиновые прижимы (рис. 8-61, в, г) служат для поджима одного собираемого элемента к другому, для выравнивания кромок и т. д. Аналогично действуют эксцентриковые самотормозящиеся прижимы. Наиболее универсальные прижимы винтовые (рис. 8-61, а, б). Однако их применяют в основном в ручных приспособлениях. Это связано с тем, что винты работают на упор и что они не являются быстродействующими. Увеличение шага винта может нарушить его самотормозящие свойства и потребовать большие усилия на прижим детали. Пружинные прижимы применяются главным образом для зажатия небольших, тонких деталей.

Рис. 8-61 Прижимы

Наряду с перечисленными применяют комбинированные приспособления (винт с клином, винт с пружиной и т. д.). Рычажные прижимы представляют собой рычаги 1-го и 2-го рода или их комбинацию и используются как усилители приводов зажима. Пример такого рычажного зажима показан на рис. 8-62. На оси 2 стойки 1 имеются ведущий рычаг 3 и промежуточное звено 4, действующие на силовой рычаг 5. Прижим детали осуществляется упором 6.

Рис. 8-62 Рычажный прижим

Пневматические прижимы по сравнению с механическими имеют ряд существенных преимуществ, в том числе быстродействие, возможность управления рядом прижимов с одного места, возможность подвода сжатого воздуха к прижимам, занимающим различное положение в пространстве (через цапфу приспособления или по гибким шлангам), и т. д. Пневматический прижим обладает определенной упругостью, что компенсирует деформации свариваемых деталей.



Рис. 8-63 Пневматические прижимы

В качестве рабочего органа прижима могут служить пневмо-цилиндры, пневмокамеры и пневмошланги. Пневмоцилиндры (рис. 8-63, а) могут быть одностороннего или двустороннего действия. Шток цилиндра может действовать непосредственно на фиксируемую деталь или через рычаг. К недостаткам пневмоци-линдров относятся износ уплотнений и громоздкость.

В случаях, когда ход штока невелик, предпочтение заслуживают пневмокамеры (рис. 8-63, б), снабженные вместо поршня резиновой диафрагмой на тканевой основе, зажатой между крышкой и корпусом камеры. Часто в сварочных приспособлениях применяется шланговый прижим (рис. 8-63, в). При подаче воздуха в шланг последний воздействует на опорные поверхности клавишного рычажного прижима. Пнёвмоприжимы применяют главным образом в массовом и крупносерийном производстве и в высокомеханизированных установках.

Магнитные прижимы отличаются быстродействием, простотой и маневренностью. Их используют для выравнивания кромок (рис. 8-64, б) и прижатия их к флюсовой подушке (рис. 8-64, б). Наиболее распространены электромагниты, хотя в последнее время находят применение и постоянные магниты.

Гидравлические прижимы используют в сварочных приспособлениях довольно редко. По-видимому, перспективны прижимы, построенные на основе гидропластов -- вязких смесей, обладающих достаточно высокой текучестью. В отличие от гидравлических прижимов прижимы с гидропластами не требуют сложных и дорогих уплотнений, обеспечивая равномерное распределение прижимающего усилия между плунжерами. Они допускают давление до 500 кгс/см2.

Рис. 8-64 Электромагнитные прижимы:

а -- общий вид магнита;

1 -- корпус магнита;

2 -- сердечник;

3 -- днище;

4 -- обмотка;

5 -- выключатель;

б--г -- схемы применения;

6 -- скоба;

7 -- электромагнитный стенд;

8 -- упор;

9 -- винтовой прижим

Стягивающие и распорные приспособления (стяжки, распорки и домкраты). Они предназначены для стягивания при сборке двух или нескольких деталей или узлов, для выравнивания кромок и вмятин, для разжима цилиндров (рис. 8-65).

Сборочно-сварочные приспособления могут быть универсальными или специализированными. На рис. 8-59 показано универсальное приспособление для сварки громоздких и сложных пространственных конструкций.

Рис. 8-65 Стягивающее (а) и распорное (б) приспособления:

1 -- рычаг основной;

2 -- скоба;

3 -- гайка;

4 -- винт стягивающий;

5 -- рычаг;

6 -- винт зажимной;

7 -- винт распорный;

8 -- основание;

9 -- подпятник

6. Характеристика свариваемой стали (30ХГСА)

Сталь 30хгса относится к классу легированной конструкционной стали. Она была создана для нужд авиации, но благодаря отличным характеристикам быстро перешла в разряд популярных материалов в машиностроении. Нередко сталь 30хгса называют «хромансиль». Это название сплав получил благодаря содержащемся в нем легирующим элементам (хром, марганец и кремний), латинские названия которых в сокращении и составили слово «хромансиль». Аналогами хромансиля являются стали марок 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА и 35ХГСА.

Маркировка стали 30хгса включает число, находящееся на первом месте и показывающее выраженный в сотых долях процент содержания углерода. В данном случае он составляет 3%, то есть соответствует норме для класса среднелегированных сталей (до 2,5% - низколегированная, от 2,5 до 10% - среднелегированная, от 10% - высоколегированная). Литеры «Х», «Г» и «С» указывают на содержание в стали легирующих элементов - хрома, марганца и кремния. Так как после буквенных обозначений легирующих элементов нет чисел, значит их процентное содержание приблизительно равно 1%. Литера «А» на конце маркировки показывает, что сталь 30хгса относится к категории высококачественных сталей.

Химический состав стали 30хгса выглядит так: от 0,28 до 0,34% углерода, от 0,9 до 1,2% кремния, от 0,8 до 1,1% марганца, не более 0,3% никеля, не больше 0,025% серы, менее 0,025% фосфора, от 0,8 до 1,1% хрома и менее 0,3% меди.

Хром придает стали 30хгса прочность и делает ее устойчивой у коррозии. Марганец увеличивает сопротивление ударным нагрузкам, дополнительно усиливая прочность сплава, а также способствует износостойкости стали 30хгса. Добавление кремния необходимо для увеличения показателя ударной вязкости.

Легированная сталь 30хгса относится к разряду улучшаемых, то есть подвергается процедуре закалки при температуре от 550 до 660 °С. Это позволяет создавать не только высокопрочные авиационные, но и необходимые в машиностроении детали. Например, оси, валы, фланцы, лопатки компрессорных машин, различные сварные конструкции, крепежные детали, рычаги и многое другое.

При высокой прочности (после закалки предел прочности может составлять до 2800 МПа), износостойкости и превосходных показателях ударной вязкости сталь 30хгса имеет достаточно небольшую стоимость, что объясняется использование недефицитных легирующих элементов. Прочность стали 30хгса после закалки обусловлена выделением углерода из аустенита при деформации, благодаря чему облегчается подвижность дислокаций в кристаллах мартенсита. В результате сталь 30хгса становится более пластичной.

Сталь 30хгса обладает хорошей свариваемостью. Но при сварке необходимо обратить внимание на некоторые особенности данного сплава. Перед началом работы следует нагреть сталь до 250-300 °С, а после сварки произвести постепенное охлаждение, медленно отводя горелку и подогревая при этом площадь вокруг сварочного шва, приблизительно равную 30 мм. При резком охлаждении возможно возникновение трещин.

7. Выбор и характеристика электродов

Несмотря на широкое применение различных механизированных методов сварки плавлением, наибольшее количество сварных конструкций изготовляется методом ручной дуговой сварки. Ручная дуговая сварка производится штучными электродами, конструктивно представляющими собой металлический стержень с нанесенным на него покрытием соответствующего состава. Один из концов стержня длинной примерно 30 мм освобожден от покрытия для его зажатия в электрододержатель с обеспечением электрического контакта. Второй конец слегка очищается для облегчения зажигания дуги посредством контакта с изделием.

Следует отметить, что несмотря на внешнюю конструкционную простоту, покрытый металлический электрод имеет достаточно сложные технологическую и металлургическую системы. Металлургические процессы, протекающие при плавлении электрода отличаются от металлургических процессов, протекающих при выплавки стали. Они характеризуются своей кратковременностью, малыми объемами реагирующих веществ, высокими температурами в зоне сварки и интенсивностью взаимодействия между металлом, шлаком и газом. В столбе дуги происходит не только расплавление, но и испарение железа и содержащихся в нем различных химических элементов. Активно протекают окислительные процессы и процессы поглощения металлом газов из атмосферы дуги, насыщение наплавленного металла азотом, кислородом, водородом.

В результате сложных окислительно-восстановительных реакций, протекающих как в газовой среде так и на границе ее раздела с металлом, а также между металлом и шлаком, происходит легирование, окисление и раскисление металла, образующего сварной шов. Металлургические и технологические свойства электродов в значительной мере определяются свойствами шлака. Химический состав и физико-химические свойства шлакообразующей основы покрытия электродов определяют главным образом технологические свойства шлака. Соотношения компонентов покрытия выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточно низкую температуру плавления и вязкость шлака, а также короткий интервал затвердевания.

Основными характеристиками электродов являются механические свойства металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, угол изгиба. По этим показателям электроды, согласно ГОСТ 9467--75, классифицируются на следующие типы (в условном обозначении типа электрода две стоящие за буквой «Э» (электрод) цифры соответствуют минимальному временному сопротивлению разрыву металла шва или сварного соединения в кгс/мм2): Э38, Э42, Э46 и Э50 -- для сварки сталей с временным сопротивлением до 490 Дж/см2; Э42 А, Э46 А и Э50 А -- для сварки тех же сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по относительному удлинению и ударной вязкости; Э55 и Э60 -- для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 490 Дж/см2 и до 590 Дж/см2. Указанным стандартом регламентируется содержание серы и фосфора в наплавленном металле. Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей характеризуются также уровнем сварочно-технологических свойств, в т.ч. возможностью сварки во всех пространственных положениях, родом сварочного тока, производительностью процесса, склонностью к образованию пор, а в некоторых случаях -- содержанием водорода в наплавленном металле и склонностью сварных соединений к образованию трещин.

Перечисленные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе конкретной марки электрода, в значительной степени определяются видом покрытия. Покрытие может быть кислым, рутиловым, основным, целлюлозным и смешанным.

Применение электродов должно обеспечивать следующие необходимые условия:

легкое зажигание и устойчивое горение дуги;

равномерное расплавление покрытия;

равномерное покрытие шва шлаком;

легкое удаление шлака после сварки;

отсутствие непроваров, пор, трещин в металле шва.

Электроды классифицируются по следующим признакам:

по материалу, из которого они изготовлены;

по назначению для сварки определенных сталей;

по толщине покрытия, нанесенного на стержень;

по видам покрытия;

по характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия;

по техническим свойствам металла шва;

по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки;

по роду и полярности применяемого при сварке тока.

Стальные электроды в соответствии с ГОСТ 9466--75 подразделяются на группы в зависимости от свариваемых металлов:

У -- углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей;

Л -- легированных конструкционных сталей;

Г -- легированных теплоустойчивых сталей;

В -- высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Общее назначение электродных покрытий -- обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость, стойкость против коррозии, и др.). Стабильность горения сварочной дуги достигается снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью. Покрытие выполняет защитную функцию, шлак служит для защиты расплавленного металла шва от воздействия кислорода и азота воздуха путем образования шлаковых оболочек на поверхности капель электродного металла, переходящих через дуговой промежуток, и для образования шлакового покрова на поверхности расплавленного металла. Шлаковое покрытие уменьшает скорость охлаждения и затвердения металла шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений. Шлакообразующими компонентами являются: титановый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и др. Легирование металла шва производится для придания специальных свойств наплавленному металлу. Наиболее часто применяются такие легирующие компоненты как хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан и др. Легирование металла иногда производится специальной проволокой, содержащей нужные элементы. Чаще металл шва легируют введением легирующих компонентов в состав покрытия электрода. Легирующие компоненты -- ферросплавы, иногда чистые металлы. Для повышения производительности, т. е. для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени, в электродные покрытия иногда вводят железный порошок. Введенный в покрытие железный порошок улучшает технологические свойства электродов (облегчает повторное зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла, что благоприятно сказывается при сварке в условиях низких температур).

Для закрепления покрытия на стержне используют связывающие компоненты. Наиболее распространенным связывающим компонентом является жидкое стекло, которое обладает также и стабилизирующими свойствами. При наличии в составе покрытия более 20% железного порошка, к обозначению добавляют букву Ж.

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.

В моём случае, так как я буду варить в среде защитных газов (углекислый газ) мне будет достаточно проволоку без покрытий диаметром 3 мм. Проволока марки 30ХГСА, как и основной металл.

8. Сборка деталей под сварку

Точность подготовки деталей к сварке, их чистота и качество сборки оказывают весьма существенное влияние на несущую способность и экономичность сварной конструкции. Недостаточно тщательное выполнение заготовительных и сборочных операций приводит к резкому возрастанию вероятности появления дефектов в сварных соединениях-,и в конструкции в целом. Анализ дефектов, возникающих при сварке, однозначно показывает, что значительную долю брака следует отнести за счет плохого качества подготовки и сборки. Исправление брака в готовом изделии не всегда приводит к полному восстановлению заданных свойств сварного соединения и является трудоемкой и технически сложновыполнимой операцией.

Отсюда очевидно, что значительно рациональнее устранять дефекты, появившиеся при заготовке и сборке, до проведения операции сварки. Однако не следует предъявлять излишние и подчас трудновыполнимые требования к точности заготовок и их сборке под сварку, значительно удорожающие изготовление конструкции. Применяемые на практике способы сварки позволяют получать качественные сварные соединения при некоторых допустимых колебаниях точности заготовки деталей и сборки. Это возможно, безусловно, следует использовать.

Для получения заготовки, подлежащей сборке, необходимо выполнять ряд операций. Предварительно прокат, из которого будет изготовлена деталь, подвергают правке и зачистке с целью устранения загрязнений и неровностей, образовавшихся при прокатке, транспортировке и хранении металла. Правку листового материала осуществляют в правильных станах, зачистку -- в дробеметной установке или в специальных ваннах для травления и пассивирования.

Затем выполняют разметку или наметку деталей: разметку -- путем перенесения размеров заготовки с чертежа непосредственно на металл, кернения металла по линии будущего реза и маркировки детали; наметку-- путем перенесения на металл необходимых для изготовления заготовки размеров с шаблона, специально изготовленного из тонколистового металла, фанеры или картона. Чертилкой обводят контуры шаблона, после чего его удаляют, вдоль всей линии реза наносят керны и деталь маркируют. Вырезку заготовок производят на ножницах, автоматическими газопламенными машинами или ручными резаками. В последнее время начинает применяться резка сжатой дугой.

В некоторых случаях для удаления наклепанного металла, образовавшегося по кромкам при резке на ножницах, устранения неровностей, характерных для ручной газовой резки, кромки подвергают механической обработке на кромкострогальных станках. В случае необходимости используют холодную гибку металла или гибку в нагретом состоянии. Выбор того или иного способа определяется толщиной металла и радиусом кривизны неровности.

В зависимости от толщины свариваемого металла и формы разделки кромки подготовляют обрезкой на ножницах, строганием или газовой резкой. Наибольшее применение находит механизированная (машинная) кислородная резка, обеспечивающая высокую производительность и достаточную в большинстве случаев точность подготовки кромок. Последующая механическая обработка при качественном резе для сталей большинства марок не требуется. Необходимая точность подготовки кромок определяется типом шва, способом и режимом сварки. Отклонения от заданных размеров могут привести к снижению качества шва или повышению трудоемкости работ.

Основной металл до сборки в местах сварки должен быть очищен от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины и других загрязнений, могущих привести к образованию пор и других дефектов в швах. Особое внимание должно быть уделено зачистке металла при механизированных способах сварки. На рис. 5-17 показаны места, подлежащие зачистке перед дуговой сваркой для соединений различных типов. Особо тщательно следует зачищать торцы соединяемых элементов.

Зачистку производят до сборки узла механически (пескоструйным или дробеструйным способами, металлическими щетками, абразивом) или химически (травлением, газопламенной очисткой). Следует удалять с поверхности металла рыхлый слой ржавчины и окалины, а также грязь и лед даже в том случае, если загрязнение расположено вне места сварки. Это необходимо для того, чтобы при транспортировке и кантовке конструкции загрязнения не попали в место расположения будущего шва. Зачистка собранного узла в большинстве случаев безрезультатна, так как не достигается основная цель -- очистка свариваемых кромок, а иногда даже и вредна в связи с тем, что продукты зачистки, попадая в зазор (особенно после сварки первого шва таврового соединения), задерживаются там.

Имеет смысл только прожигание места сварки газовым пламенем или продувка сухим сжатым воздухом непосредственно перед сваркой. При этом удаляются попавшие в зазор уже после сборки влага и грязь. Эта операция достигает цели при прожигании металла толщиной 10--12 мм с одной стороны и 18--20 мм с двух сторон. При электрошлаковой сварке в большинстве случаев зачистки кромок не требуется.

Сварке всегда предшествует сборка конструкции, т. е. установление и фиксация деталей в предусмотренном проектом положении. Сборка под сварку является одной из трудоемких и наименее механизированных операций. Она должна обеспечивать возможность качественной сварки конструкции. Для этого необходимо выдержать заданный зазор между соединяемыми деталями, установить детали в проектное положение и закрепить между собой так, чтобы взаиморасположение деталей не нарушилось в процессе сварки и кантовки, а если необходимо,-- и транспортировки. Должен быть обеспечен свободный доступ к месту сварки. При электрошлаковой сварке детали, как правило, собирают с расширяющимся к концу шва зазором, что позволяет компенсировать усадку металла шва.

В подавляющем большинстве случаев взаимное расположение деталей перед дуговой сваркой фиксируется при помощи коротких отрезков швов, называемых прихватками (рис. 5-18, а). Сечение

прихваток не должно превышать V3 сечения шва. Их максимальное сечение не более 25--30 мм2, длина 20--120 мм, расстояние между ними 300--800 мм. Прихватки выполняют покрытыми электродами, в защитных газах или под флюсом. В ряде случаев, особенно при сварке жестких узлов, прихватки заменяют сплошным швом небольшого сечения (беглым швом), что значительно повышает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и уменьшает вероятность нарушения заданного взаимного расположения деталей в процессе сварки вследствие растрескивания прихваток Беглый шов сваривают вручную или механизированным способом.

Прихватки и беглый шов рекомендуется выполнять со стороны, обратной наложению первого рабочего шва или слоя. Беглый шов кроме скрепления деталей служит для удержания флюса и металла сварочной ванны в зазоре. При сварке ответственных конструкций вручную или в защитных газах на режимах, обеспечивающих малую глубину провара основного металла, прихватки и беглый шов следует удалять при наложении рабочего шва путем расчистки корня шва. При сварке под флюсом и в защитных газах на режимах, обеспечивающих достаточное проплавление основного металла, эта операция излишняя.

Для скрепления деталей перед сваркой и в процессе нее применяют специальные планки-гребенки, удаляемые по мере формирования шва (рис. 5-18,6). Недостатками гребенок являются затраты металла на их изготовление и необходимость сварки и последующей зачистки остатков прихваток, расположенных на основном металле.

Для закрепления деталей широко применяют струбцины, клинья, стяжные уголки и другие механические приспособления. В некоторых случаях при массовом характере производства используют специальные кондукторы, в которых осуществляется сборка и сварка.

По концам детали обычно устанавливают специальные планки для вывода начала и конца шва за его пределы (рис. 5-18, в). Эти же планки служат и для скрепления деталей. При сварке с обязательным зазором в верхнюю часть зазора вводят короткие прокладки, которые соединяют с листами при помощи прихваток. При электрошлаковой сварке для фиксации деталей применяют скобы (рис. 5-19), устанавливаемые на расстоянии 500--1000 мм друг от друга. Иногда применяют вставки, удаляемые при подходе сварочного аппарата. Для вывода начала шва за пределы соединения при электрошлаковом процессе применяют выводные планки, имеющие ту же толщину, что и основной металл. Они также служат элементом, скрепляющим детали между собой.

В моём случае надо собрать ёмкость 500/500/500. Толщина стали 3 мм. В первую очередь надо зачисть около шовную зону перед самой сваркой, а до этого и всю деталь. Разделка кромок не требуется , потому что толщина метала не большая. Сварка будет проводиться предварительным подогревом, так как сталь 30ХГСА требует предварительного подогрева и медленного остывания (плавно отводить горелку).

После поставить 2 листа перпендикулярно по отношению друг к другу, затем сделать 2 прихватки длиной около 20мм, предварительно отступив с каждой стороны по 30мм и того между прихватками остаётся 400мм. Прихватываем так же остальные листы, после чего просто свариваем их.

9. Выбор режима силы тока

Понятие о режиме сварки. Под режимом сварки понимают совокупность условий, создающих устойчивое протекание процесса сварки. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима сварки при ручной сварке относят величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и величину поперечного колебания конца электрода, а дополнительным - величину вылета электрода, состав и толщину покрытия электрода, начальную температуру основного металла, положение электрода в пространстве (вертикальное, наклонное) и положение изделия в процессе сварки.

Глубина провара и ширина шва зависят от всех основных параметров режима сварки.

Увеличение сварочного тока вызывает при неизменной скорости рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением величины погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны.

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности, глубина провара на 40-50% больше; чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15-20% меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Напряжение при ручной дуговой сварке на глубину провара оказывает незначительное влияние, которым можно пренебречь. Ширина шва связана с напряжением на электродах прямой зависимостью, при увеличении напряжения ширина шва увеличивается.

Величина поперечного колебания электрода позволяет существенно изменять глубину провара и ширину шва.

Выбор силы сварочного тока. Для сварки в нижнем положении силу сварочного тока подбирают по формуле I=К•d, где I - сила сварочного тока, А; К - коэффициент, А/мм; d - диаметр электрода, мм.

При сварке в вертикальном положении в вышеприведенную формулу вводится коэффициент 0,9, учитывающий снижение силы сварочного тока I=0,9•К•d.

При сварке в потолочном положении в связи с трудностью формирования шва вводят коэффициент 0,8 для получения меньшего объема расплавленного металла сварочной ванны, что способствует быстрой кристаллизации металла и нормальному формированию сварного шва в потолочном положении I=0,8•К•d. Коэффициент К выбирают в зависимости от диаметра электрода:



Сила сварочного тока в моём случае будет равна (I=35*3=105 Ампер), постоянный прямой полярности.

10. Дефекты сварных швов, причины их возникновения, способы их устранения и предупреждения

Наружные дефекты сварочных швов

К наружным дефектам сварных швов (рис.1) относят нарушение размеров и формы шва, подрезы и другие отклонения, которые могут быть обнаружены при внешнем осмотре сварного соединения.

Нарушение формы и размеров сварного шва чаще всего вызваны колебаниями напряжения в электрической сети, небрежностью в работе или низкой квалификацией сварщика, проявляющейся в неправильном выборе режимов, неточном направлении электрода и методике его перемещения. Дефекты проявляются в неодинаковой ширине сварочного шва по его длине, в неравномерности катета угловых швов, чрезмерной выпуклости и резких переходах от основного металла к наплавленному. Отклонения от размеров и формы сварного соединения, проявляющиеся в угловых швах, связаны с неправильной подготовкой кромок, неравномерной скоростью сварки, а также с несвоевременным контрольным обмером шва. При автоматической и полуавтоматической сварке эти дефекты чаще всего связаны с колебаниями напряжения, проскальзыванием проволоки в подающих роликах, нарушениями режимов сварки.

Непровар -- местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между основным и наплавленным металлом или отдельными слоями шва при многослойной сварке. Причинами непровара являются некачественная подготовка свариваемых кромок (окалина, ржавчина, малый зазор, излишнее притупление и т.д.), большая скорость сварки, смещение электрода с оси стыка, недостаточная сила тока. В результате непровара снижается сечение шва и возникает местная концентрация напряжений, что в конечном итоге снижает прочность сварного соединения. При вибрационных нагрузках даже мелкие непровары могут снижать прочность соединения до 40%. Большие непровары корня шва могут снизить прочность до 70%. Поэтому если непровар превышает допустимую величину, участок шва подлежит удалению с последующей переваркой.

Подрез -- дефект, наиболее часто встречающийся при сварке. Он выражен в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. В результате подреза происходит местное уменьшение толщины основного металла, что приводит к снижению прочности. Особенно опасен подрез в случаях, когда он расположен перпендикулярно действующим рабочим напряжениям. Подрез возникает обычно при повышенном напряжении дуги с завышенной скоростью сварки, когда одна из кромок проплавляется глубже, жидкий металл стекает на горизонтальную плоскость и его не хватает для заполнения канавки. При сварке угловых швов подрезы возникают в основном из-за смещения электрода в сторону вертикальной стенки, что вызывает значительный разогрев, плавление и стекание металла на горизонтальную полку. В стыковых швах подрезы образуются при сварке на больших токах и при неправильном положении присадочного материала. К подрезу могут привести увеличенные углы разделки кромок. Этот дефект обнаруживается визуально и при отклонениях выше установленной нормы полежит переварке с предварительной зачисткой. Подрезы небольшой протяженности, ослабляющие сечение шва не более чем на 5% в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок можно считать допустимыми. В конструкциях, работающих на выносливость, подрезы недопустимы.