На правах рекламы
Высокий отпуск.
Сварное соединение нагревают до определенной температуры (например, из углеродистой и низколегированной стали до 600-750°С), выдерживают при этой температуре в течение одного или нескольких часов и медленно охлаждают. При этом снижается уровень остаточных сварочных напряжений и повышается пластичность металла сварного соединения.
Температуру термической обработки контролируют термокарандашами и термокрасками. Термокарандаши и термокраски резко меняют свой цвет при достижении определенной температуры. По принципу действия они делятся на химические и плавления.
Способ воздушно-дуговой резки основан на расплавлении металла в месте реза теплом электрической дуги и непрерывном удалении его струей сжатого воздуха.
В процессе воздушно-дуговой резки металл в месте реза расплавляется теплом электрической дуги, горящей между угольным или угольно-графитированным электродом и металлом, при непрерывном удалении жидкого металла струей сжатого воздуха. Установка для воздушно-дуговой резки состоит из резака, источников питания дуги электрическим током и сжатого воздуха, шлангов для подачи сжатого воздуха и сварочных проводов.
Применение пульсирующего дугового разряда позволяет подобрать режим сварки таким образом, чтобы
- избежать стекания расплавленного металла сварочной ванны в любых пространственных положениях,
- увеличить проплавляющую способность сварочной дуги,
- снизить вероятность прожогов при сварке корневого шва,
- значительно упростить технику сварки,
- повысить производительность труда и улучшить качество сварки.
За последние годы в передовых капиталистических странах нашла широкое применение, а в нашей стране начинает использоваться сварка наклонным и лежачим электродами.
Сварка плазменной дугой позволяет устранить недостатки, присущие элетродуговой сварке в аргоне:
Для соединения деталей компактного сечения (стержни арматуры, рельсы, валы) используется ванная сварка. Она выполняется в разъемных формах из меди и графита. Можно применять также остающиеся стальные формы.
Применение безогарковой сварки позволяет не только сократить время на смену электрода, но и число электродов, уходящих при обычной сварке в огарки.
Такая сварка наиболее проста и доступна для внедрения высокопроизводительных способов ручной электродуговой сварки.
При трехфазной сварке две фазы сварочной цепи подводят к электрододержателю, а третью - к свариваемому изделию.
Для защиты и лучшего формирования обратной стороны корневого валика при односторонней сварке трубопроводов из легированных сталей аргон поддувается внутрь трубы. Такая технология требует специальных устройств и большого расхода аргона.
Для резки плазменной дугой прямого действия применяют чистый аргон и его смеси. При резке алюминия и его сплавов для защиты кромок реза и вольфрамового электрода от окисления и облегчения зажигания вспомогательной дуги используют чистый аргон.
По технике выполнения сварки и применяемым материалам полугорячая сварка не отличается от горячей.
Изделия при горячей сварке подогревают в печах, горнах или других нагревательных сооружениях, обеспечивающих необходимую температуру нагрева, которая зависит от формы и массы детали.
Наличие дефектов в сварных соединениях еще не означает потерю их работоспособности. Но дефекты могут существенно снижать работоспособность конструкций и при определенных условиях привести к их разрушению.
К дефектам указанной группы относятся кристаллизационные трещины, поры, холодные трещины, неметаллические включения, несплавление.
Из-за неправильного выбора режима сварки, отклонений параметров режима от заданных, неправильной подготовки изделия под сварку, неисправности аппаратуры в сварном соединении могут возникнуть дефекты - непровары, подрезы, наплывы и прожоги.
Чугун выплавляют в доменных печах из железной руды. Имеется несколько видов чугуна (белый, серый). Белый чугун получают при быстром его остывании и содержании в нем марганца более 1%.
По химическому составу сталь делится на углеродистую и легированную. Углеродистая сталь в свою очередь подразделяется на низко-, средне - и высокоуглеродистую с содержанием углерода, соответственно до 0,25%, от 0,25 до 0,6% и от 0,6 до 2%.
Газокислородная резка хромистых и хромоникелевых сталей, чугуна, меди и ее сплавов практически невозможна из-за недостаточного количества тепла, выделяемого газовым пламенем, и образования тугоплавкого окисла. Для обеспечения процесса резки в струю режущего кислорода вводится непрерывно порошкообразный флюс, который при сгорании выделяет необходимое количество тепла.
При обычной кислородной резке хромистых и хромоникелевых сталей образуются тугоплавкие окислы хрома, препятствующие резке. Температура плавления чугуна ниже температуры сгорания железа в кислороде, поэтому чугун начинает плавиться раньше, чем гореть в кислороде.
Разрушение материала под действием внешней среды называют коррозией.
В процессе электродуговой сварки плавлением металл сварного соединения плавится под воздействием мощной электрической дуги, горящей между электродом и свариваемым изделием. Температура дуги колеблется в пределах 5000-8000°С. Под действием мощного сосредоточенного источника тепла плавятся свариваемый (основной) и электродный (сварочный) металлы. Металлургические процессы при дуговой сварке протекают совершенно в других условиях, чем при производстве стали. Это объясняется прежде всего небольшим объемом расплавленного металла, называемого сварочной ванной, и быстрым его затвердеванием. При ручной дуговой сварке объем расплавленного металла не превышает 8 см3 (длина сварочной ванны 20-30 мм, ширина 8-12 мм, глубина 2-3 мм), а время затвердевания - несколько секунд. Между тем при производстве стали объем расплавленного металла измеряется десятками и сотнями тонн, а время плавления и затвердевания - часами, хотя температура расплавленного металла ниже, чем в сварочной ванне. В результате быстрого затвердевания металла сварочной ванны химические реакции, протекающие в расплавленном металле, не успевают закончиться. Поэтому при сварке незащищенной дугой содержание кислорода в металле сварного соединения примерно в 15 раз больше, чем у мартеновской стали. А чем больше кислорода, тем ниже механические свойства металла. Расплавленный металл электрода переходит в сварочную ванну в виде небольших капель. Металл капель подвергается в дуговом промежутке воздействию шлака покрытия электрода и газов окружающей среды. При ручной сварке электродами, имеющими покрытие, одновременно с основным и электродным металлами плавится и покрытие, в результате чего образуется расплавленный неметаллический слой шлака. Назначение шлака - улучшать свойства расплавленного металла. Шлак защищает металл капли и сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха, раскисляет и легирует металл сварочной ванны, в шлаке растворяются вредные примеси. В ряде случаев шлак способствует устойчивому горению дуги. В процессе плавления электродного покрытия наряду с образованием слоя расплавленного шлака выделяются газы, возникающие при сгорании газообразующих компонентов покрытия (целлюлоза, крахмал, древесная мука) и разложении молекул мела, мрамора. Реакции между газообразными веществами и жидким металлом протекают быстрее, чем при использовании шлаковой защиты, поэтому действие последней более интенсивно.
Для компенсирования выгорающих элементов, а также легирования основного металла с целью обеспечения равнопрочности и сближения химического состава наплавленного и основного металлов, легируют металл сварного шва. Легирование осуществляется хромом, молибденом, титаном, ванадием, вольфрамом и рядом других элементов, которые вводятся в состав электродного покрытия или основного металла.
При ручной сварке покрытыми электродами шлаковые включения образуются в результате задержки частиц кварца и корунда, присутствующих в некоторых исходных компонентах покрытий. В металле шва встречаются сернистые включения, нитриды - химические соединения азота с различными металлами. Повышение содержания азота резко снижает пластические свойства металла шва.
При ручной дуговой сварке в аргоне и плазменной резке широко используются вольфрамовые электроды. Это объясняется прежде всего тугоплавкостью вольфрама и высокой его электро - и теплопроводностью. Температура плавления вольфрама 3500°С, а кипения 5900°С.
При этом способе резки металл расплавляется электрической дугой, а сжигается металл и выдуваются шлаки с места реза струей кислорода. Установка для кислородно-дуговой резки состоит из источников питания электрической дуги кислородом, электрододержателя и электродов.
Плазмой называется сильно ионизированный газ, содержащий примерно одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. В зависимости от электрической схемы установки резка может выполняться плазменной дугой прямого действия (резка проникающей дугой) и дугой косвенного действия.
Для резки цветных металлов, специальных сталей и других материалов, не поддающихся огневой резке обычными способами, применяется плазменная резка. Однако ее преимущества, заключающиеся в лучшем качестве обработки и высокой производительности, позволили с успехом использовать плазменную резку для обработки черных металлов.
Баллонные газовые одноступенчатые редукторы предназначены для понижения давления кислорода, ацетилена, пропан-бутановой смеси, поступающих из баллонов, до рабочего и полдержания его постоянным.
Ручную газоэлектрическую сварку вольфрамовым электродом в инертных газах выполняют на постоянном или переменном токе. Для сварки нержавеющей стали, никеля, меди, титана и их сплавов применяют постоянный ток прямой полярности, алюминия и его сплавов - постоянный ток обратной полярности или переменный ток.
Основными особенностями ручной электродуговой сварки покрытыми электродами высоколегированных сталей является применение электродов небольшого диаметра с фтористо-кальциевым покрытием, короткой дуги, ниточных швов и небольшой силы постоянного тока обратной полярности.
Высоколегированной называется сталь, в которой суммарное содержание легирующих компонентов более 10% (кроме углерода). В строительстве наибольшее распространение получили нержавеющие (коррозионно-стойкие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали.
Фосфористую бронзу сваривают электродами, состоящими в основном из меди с добавлением 9-11% олова и 0,5-1% фосфора. Покрытие включает 75-80% борного шлака и 20-25% жидкого стекла. Прутки для сварки алюминиевой бронзы также в своей основе имеют медь, процентное содержание добавок в которой следующее: алюминия 8,5-9,5, марганца 1,5-2,5 и железа 1.
Чугунные электроды изготавливают из круглых литых прутков. При диаметре 4 мм длина прутка 250 мм, а при диаметре 6 мм длина 350 мм. Длину 450 мм имеют прутки диаметром 8, 10 и 12 мм.
При резке под водой необходимо соблюдать специальные правила, обусловленные наличием водной среды. Прежде всего весь токоподвод вплоть до электрода должен быть надежно изолирован, чтобы сократить до минимума бесполезную утечку тока.
Качество сварного соединения во многом зависит от подготовки металла и сборки изделия под сварку. Основной металл в разделке и на 20-30 мм от нее должен быть чищен от ржавчины, масла, краски, влаги, грязи, снега, льда, окалины.
Для предотвращения образования кристаллизационных трещин при сварке, для создания малопластичных и хрупких закалочных структур осуществляют предварительный и сопутствующий подогрев сварного соединения. Необходимость в подогреве и его температуре определяют технологией сварки.
Совокупность факторов, определяющих условия протекания процесса сварки, называется ее режимом.
Глубина провара и форма шва практически зависят от всех факторов режима сварки. С ростом сварочного тока глубина провара увеличивается, а с понижением тока - уменьшается. За счет изменения тока в большинстве случаев меняют в желаемом направлении глубину провара основного металла.
Одним из основных факторов, определяющих режим сварки, является сварочный ток, который обусловливается диаметром электрода. Диаметр же электрода подбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. При выборе диаметра электрода для сварки стыковых швов можно пользоваться рекомендациями, приведенными ниже.
Для ручной сварки вольфрамовым электродам в подавляющем большинстве случаев применяется аргон. Только иногда пользуются смесью аргона с гелием или одним гелием повышенной чистоты.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами выполняется на постоянном токе обратной полярности и применяется для изделий толщиной более 4 мм. Изделия толщиной 3-5 мм сваривают без скоса кромок, свыше 5 мм с односторонним скосом кромок с разделкой 60°.
Низкоуглеродистые никельхромовые стали, легированные вольфрамом, молибденом и не содержащие легкоокисляющихся элементов с карбидным упрочнением, сваривают электродами, аналогичными или близкими по составу свариваемому материалу.
При сварке аустенитных сталей с обычными углеродистыми уменьшается содержание легирующих элементов в металле шва за счет участия в нем основного углеродистого металла.
Некоторые высоколегированные стали применяются в качестве жаростойких и жаропрочных материалов. Поэтому при сварке одной и той же стали осуществляется разная технология, выбор которой зависит от условий работы сварной конструкции.
Структура указанных сталей мартенситно-ферритная. Хромистые жаропрочные стали, склонные к резкой закалке, имеют тенденцию к образованию холодных трещин в шве и околошовной зоне.
Сваривают эти стали с применением присадочных материалов, химический состав которых и стали аналогичен. В качестве присадочного используют материалы аустенитного, аустенитно-ферритного классов.
Свариваемость бронз зависит от их состава. Различают деформируемые бронзы (легирующего элемента до 7-8%) и литейные (легирующего элемента свыше 8%). Изделия из деформируемых бронз толщиной до 4 мм свариваются всеми способами дуговой сварки без предварительного подогрева, а литейные бронзы - с подогревом. Однако чрезмерный подогрев может привести к расплавлению избыточного олова, расположенного по границам зерен, и разрушению изделия.
В жидком состоянии медь растворяет кислород и водород. С кислородом она образует закись меди, которая при дальнейшем соединении с медью дает промежуточный сплав, располагающийся по границам зерен.
Для восстановления изношенных стальных или бронзовых деталей на их поверхность наплавляют слой бронзы. Поверхность перед наплавкой очищают, обезжиривают и посыпают прокаленной бурой толщиной 0,5 мм.
Основным затруднением при сварке латуни является испарение цинка из основного и электродного металлов, приводящее к пористости шва и снижению его прочности, а также поглощение расплавленным металлом водорода, который, не успевая выделиться при затвердевании жидкого металла, тоже образует поры.
Характерной особенностью этих сталей является склонность к закалке в условиях термического цикла сварки. Технология сварки не отличается от технологии сварки среднелегированных сталей.
Низколегированная низкоуглеродистая сталь имеет ряд свойств, заметно отличающих ее сварку от сварки низкоуглеродистой стали. При сварке низколегированной стали режим выбирается в более узких границах по значению погонной энергии, металл шва для обеспечения равнопрочности с основным металлом должен обладать более высокой прочностью, содержание в металле шва углерода должно быть ниже.
По сравнению с другими сталями низкоуглеродистые стали имеют наилучшую свариваемость. Сварные соединения у этих сталей легко обрабатываются режущим инструментом. Сварку следует вести на максимально допустимых режимах.
Высокая стойкость против коррозии, жаропрочность, большое омическое сопротивление и ряд других специфических свойств обусловили применение никеля и его сплавов в ряде отраслей народного хозяйства.
К месту монтажа конструкции следует перевозить на железнодорожных платформах, тележках, санях и других приспособлениях, не допускающих повреждения конструкций при транспортировании. Перевозка конструкций волоком и выгрузка вручную сбрасыванием не допускаются.
Конструктивные элементы подготовленных кромок должны соответствовать требованиям ГОСТ 16037-70. Резку и обработку концов труб рекомендуется выполнять механическим способом на трубоотрезных станках резцами, фрезами, абразивными дисками; на токарных станках; механическими пилами.
Изделия из свинца имеют высокую коррозионную стойкость при воздействии ряда агрессивных сред. Поэтому свинец получил значительное распространение в химической промышленности для изготовления аппаратов и трубопроводов.
Повышение содержания углерода в сталях вызывает значительные трудности при их сварке. Это связано с необходимостью создания условий, предотвращающих образование малопластичных закалочных структур и трещин в околошовной зоне, понижение стойкости металла шва против появления кристаллизационных трещин и обеспечивающих равнопрочность металлов шва и основного.
Среднелегированной называется сталь, в которой суммарное содержание легирующих компонентов составляет от 2,5 до 10% (кроме углерода). Для изготовления сварных конструкций применяют конструкционные среднелегированные стали, содержащие до 0,5% углерода, среднелегированные жаропрочные стали, содержащие не более 0,25% углерода и до 5% хрома в качестве обязательного легирующего элемента.
Высокая химическая активность в сочетании с низкой теплопроводностью, высоким электросопротивлением и температурой плавления, склонность к росту зерна в околошовной зоне определяют особенности сварки титана и его сплавов.
Сварку металла толщиной 1,5-3 мм следует вести на постоянном токе обратной полярности.
По протяженности швы делятся на короткие (до 300 мм), средней длины (300-1000 мм) и длинные (более 1000 мм).
По размещению в пространстве швы делятся на нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные.
Сварные соединения. При ручной дуговой сварке выполняют соединения встык, втавр, внахлестку, угловые; в отдельных случаях - прорезные, торцовые с накладками, пробочные. Сварным называют неразъемное соединение, выполненное сваркой. ГОСТомустановлены термины на стыковое, угловое, нахлесточное и тавровое соединения.
К геометрическим элементам разделки шва относятся угол разделки, зазор между свариваемыми деталями, притупление, скос кромки и смещение свариваемых деталей относительно друг друга.
Для повышения устойчивости горения дуги при сварке тонколистового металла необходимо увеличить напряжение холостого хода транcформатора, величина которого ограничивается правилами техники безопасности.
Для горения дуги на электроде и свариваемом изделии должно поддерживаться напряжение (напряжение на дуге), которое прямо пропорционально длине дуги. Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в катодной, анодной областях и столбе дуги.
Электрод, присоединенный к положительному полюсу источника питания сварочной дуги, называют анодом, а к отрицательному полюсу - катодом. При сварке на постоянном токе катодом может быть свариваемое изделие и электрод, т. е. сварочная дуга может иметь прямую и обратную полярность.
В сварочной дуге непрерывно происходят сложные физические процессы, поэтому источники питания сварочной дуги по своим характеристикам и устройству существенно отличаются от электрооборудования, применяемого для других целей.
Возбуждение дуги и перенос металла. При касании электрода и свариваемого изделия происходит короткое замыкание сварочной цепи. Вследствие того, что электрод и свариваемое изделие не имеют идеально ровных поверхностей, они соприкасаются отдельными выступами.
Сварочная дуга может питаться постоянным и переменным током. В первом и во втором случаях имеются свои преимущества и недостатки. При сварке дугой переменного тока промышленной частоты катодные и анодные пятна меняются местами 100 раз в 1 с.
Сила магнитного поля при сварке пропорциональна квадрату тока. Вследствие этого магнитное дутье особенно заметно при сварке на больших токах (300-400А). Однако причиной образования магнитного дутья служит только неравномерное расположение магнитного поля относительно сварочной дуги.
Источниками питания дуги переменного тока в основном являются сварочные трансформаторы, преобразующие электрический ток одного напряжения в электрический ток другого напряжения. Сварочные трансформаторы представляют собой регулируемое индуктивное сопротивление, необходимое для получения требуемой внешней характеристики, т. е. устойчивого горения сварочной дуги.
Аппарат, питающий сварочную дугу токами высокой частоты и высокого напряжения параллельно со сварочным трансформатором, называется осциллятором. Ток высокой частоты и высокого напряжения облегчает зажигание и повышает устойчивость горения дуги.
Газы и пары при обычных температуре и давлении не проводят электрический ток. Электропроводными они становятся при наличии в них частиц, несущих электрические заряды (положительные и отрицательные). В обычном состоянии в воздухе имеется только незначительное число ионов и электронов. В отличие от воздуха в металлах всегда есть некоторое число свободных электронов, переносящих электрическую энергию и делающих их электропроводными.
В практике сварочных работ иногда требуется ток, превышающий номинальный сварочный ток одного трансформатора. Ток большой величины можно получить от нескольких трансформаторов, соединенных параллельно.
Правильная эксплуатация трансформаторов прежде всего определяется верным их выбором. При этом учитывается экономичность, толщина свариваемого металла, свойства электродов, число сварочных постов, условия эксплуатации, необходимость транспортировки.
Падающие внешние характеристики сварочных генераторов и ограничение тока короткого замыкания достигаются соответствующими электрическими схемами генераторов. Наибольшее распространение получили генераторы, работающие по следующим схемам:
Многопостовые сварочные преобразователи предназначены для одновременного питания постоянным током нескольких сварочных постов. Преимущества их перед однопостовыми заключаются в меньших расходах на ремонт и обслуживание (из расчета на единицу полезной мощности), в меньших производственных площадях и более надежной эксплуатации.
Универсальные сварочные преобразователи обеспечивают получение падающих и жестких внешних характеристик.
Параллельно соединяются генераторы только одного типа и с одинаковыми внешними характеристиками. Они должны иметь равные напряжения холостого хода и сварочный ток и соединяться одноименными зажимами.
Установка, состоящая из сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания, представляет собой сварочный агрегат. Генератор и двигатель устанавливаются на общей раме и соединяются между собой эластичной муфтой.
От правильного ухода за сварочными преобразователями во многом зависит надежность и долговечность их работы.
При получении нового выпрямителя, мегомметром следует проверить сопротивление изоляции. На первичном контуре оно должно быть не ниже 1 МОм; на вторичном не меньше 0,5 МОм.
Изоляционное покрытие сварочных проводов можно ремонтировать с помощью специального приспособления. Статина изготовлена из швеллера, на ней смонтированы нижняя неподвижная и верхняя подвижная части пресс-формы.
Каждый сварщик должен иметь удобный и надежный в эксплуатации инструмент. От состояния инструмента зависят производительность труда сварщика и качество сварки. На сварочном посту необходимо иметь электродо-держатель, соединительные муфты, клемму заземления, щетку, зубило, шаблон, клеймо для клеймения заваренных швов.
Для работы на строительно-монтажной площадке целесообразно применять передвижные сварочные установки. Это позволяет ускорять переброску оборудования с одного рабочего места на другое и с объекта на объект, улучшать его сохранность и удлинять срок службы.
Продолжительность процесса сварки может быть значительно сокращена, а качество сварных соединений повышено благодаря применению механического сварочного оборудования, предназначенного для поворота изделий в процессе сварки или во время ее перерывов в положения, наиболее удобные для работы.
Основными узлами манипулятора являются станина, привод вращения, планшайба, наклоняемый стол, привод наклона стола, электрошкаф управления, переносной кнопочный пульт. В стойках имеются подъемные подшипники, в которых на цапфах устанавливают стол. К столу крепятся привод вращения планшайбы, токосъемники и шпиндель. На одной стойке установлен ручной механизм наклона.
Конструктивнымимероприятиями стараются получить равномерное по сечению детали распределение напряжений от рабочей нагрузки и остаточных, устранить всевозможные концентраторы напряжений.
Для металла, склонного к закалке, следует осуществлять более мощный тепловой режим. При этом увеличивается объем разогреваемого металла, а следовательно, замедляется остывание. Кроме того, при сварке металла больших толщин, а также при низких температурах окружающего воздуха рекомендуется выполнять предварительный и сопутствующий подогрев. Это уменьшит скорость охлаждения и разность температур между холодными и нагретыми частями свариваемого изделия.
Качественные покрытия электродов изготавливают из компонентов, которые условно подразделяются на следующие группы:
Большое разнообразие электродных покрытий не позволило взять их за основу классификации электродов. По ГОСТ электроды делятся по
Легирующие вещества (хром, никель, молибден, марганец, титан, вольфрам) придают металлу повышенную прочность, износоустойчивость, коррозионную стойкость, жаростойкость.
На результаты термической обработки особое влияние оказывают общая ширина нагреваемого участка, скорость нагрева до температуры выдержки, время выдержки, скорость охлаждения, равномерность распределения температуры по толщине нагреваемого изделия и ширине нагреваемого участка.
В качестве комбинированных применяются железомедные и аусте-нитно-медные электроды. Большое распространение получили железомедные электроды марки ОЗЧ-1, стержень которых выполнен из меди М2 или МЗ, а в покрытие типа УОНИ-13 вводится до 50% железного порошка.
Для восстановления ответственных изделий различных габаритов, работающих при значительных нагрузках и не требующих обработки после сварки в месте сварки, в изделие ввертывают шпильки из малоуглеродистой стали, а сварку производят электродами типа Э42, Э42А, Э50, Э50А на постоянном или переменном токе.