При обратноступенчатом методе весь шов разбивается на небольшие участки
длиной по150-200 мм, на каждом участке сварку ведут в направлении, обратном
общему направлению сварки. Длина участков обычно равна от 100 до 350 мм. В
зависимости от количества проходов (слоёв), необходимых для выполнения
проектного сечения шва, различают однопроходный (однослойный) и
многопроходный (многослойный) швы (рис.30).
С точки зрения производительности наиболее целесообразными являются
однопроходные швы, которые обычно применяются при сварке металла небольших
толщин (до 8-10 мм.) с предварительной разделкой кромок.
Сварку соединений ответственных конструкций большой толщины (свыше 20-25
мм.), когда появляются объёмные напряжения и возрастает опасность
образования трещин, выполняют с применением специальных приёмов заполнения
швов «горкой» или «каскадным» методом.
При сварке «горкой» сначала в разделку кромок наплавляют первый слой
небольшой длины 200-300 мм, затем второй слой, перекрывающий первый и
имеющий в 2 раза большую длину. Третий слой перекрывает второй и длиннее
его на 200-300 мм. Так наплавляют слои до тех пор, пока на небольшом
участке над первым слоем разделка не будет заполнена. Затем от этой «горки»
сварку ведут в разные стороны короткими швами тем же способом. Таким
образом, зона сварки всё время находится в горячем состоянии, что позволяет
предупредить появление трещин. «Каскадный» метод является разновидностью
горки.
Соединения под сварку собирают в приспособлениях, чаще всего с
прихватками. Сечение прихваточного шва составляет примерно 1/3 от сечения
основного шва, длина его 30-50 мм. Угловые швы сваривают «в угол» или «в
лодочку» (рис.7).
Рис. 7. Положение электрода и изделия при выполнении угловых швов:
а) – сварка в симметричную «лодочку», б) – в несимметричную «лодочку»,
в) – «в угол» наклонным электродом, г) - с оплавлением кромок.
При сварке «в угол» проще сборка, допускается большой зазор между
свариваемыми деталями (до 3 мм), но сложнее техника сварки, возможны
дефекты типа подрезов и наплывов, меньше производительность, так как
приходится за один проход сваривать швы небольшого сечения (катет (8 мм) и
применять многослойную сварку. Сварка «в лодочку более производительна,
допускает большие катеты шва за один проход, но требует более тщательной
сборки.
Обеспечение нормативных требований по технологии и технике сварки -
основное условие получения качественных сварных швов. Отклонения размеров и
формы сварного шва от проектных, чаще всего наблюдаются в угловых швах и
связаны с нарушением режимов сварки, неправильной подготовкой кромок под
сварку, неравномерной скоростью сварки, а также с несвоевременным
контрольным обмером шва.
Непроваром называют местное отсутствие сплавления между свариваемыми
элементами, между металлом шва и основным металлом или отдельными слоями
шва при многослойной сварке. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает
концентрацию напряжений, поэтому может значительно снизить прочность
конструкции. Участки шва, где выявлены непровары, величина которых
превосходит допустимую, подлежат удалению и последующей заварке.
Не провар в корне шва в основном вызывается недостаточной силой тока или
повышенной скоростью сварки, не провар кромки (несплавление кромки)-
смещением электрода с оси стыка, а также блужданием дуги, непровар между
слоями - плохой очисткой предыдущих слоёв, большим объёмом наплавляемого
металла, натеканием расплавленного металла перед дугой.
Подрезом называют местное уменьшение толщины основного металла у границы
шва. Подрез приводит к уменьшению сечения металла и резкой концентрации
напряжений в тех случаях, когда он расположен перпендикулярно действующим
рабочим напряжениям.
Наплывом называют натекание металла шва на поверхность основного металла
без сплавления с ним.
Прожогом называют полость в шве, образовавшуюся в результате вытекания
сварочной ванны, является недопустимым дефектом сварного соединения.
Кратером называют не заваренное углубление, образующееся после обрыва
дуги в конце шва. В кратере, как правило, образуются усадочные рыхлости,
часто переходящие в трещины.
Ожогами называют небольшие участки подвергшегося расплавлению металла на
основном металле вне сварного шва.
Подрезы, натёки, наплывы, прожоги, не заваренные кратеры, оставшиеся
после сварки шлак и брызги, оплавление кромок (в угловых швах) вызываются
преимущественно чрезмерной силой тока и напряжения на дуге, большим
диаметром электродов, неправильными манипуляциями электродом, плохой
сборкой под сварку низкой квалификацией или небрежностью сварщика.
Сущность газовой сварки.
При газопламенной обработке металлов в качестве источника теплоты
используется газовое пламя – пламя горючего газа, сжигаемого для этой цели
в специальных горелках.
В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы,
нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по
сравнению с пламенем других газов имеет ацетиленокислородное пламя, поэтому
оно нашло наибольшее применение.
Газовая сварка- это сварка плавлением, при которой метал в зоне
соединения нагревается до расплавления газовым пламенем (рис.8).
При нагреве газовым пламенем 4 кромки свариваемых заготовок 1
расплавляются вместе с присадочным металлом 2,который может дополнительно
вводиться в пламя горелки 3. После затвердевания жидкого металла образуется
сварной шов 5.
К преимуществам газовой сварки относятся: простота способа, несложность
оборудования, отсутствие источника электрической энергии.
К недостаткам газовой сварки относятся: меньшая производительность,
сложность механизации, большая зона нагрева и более низкие механические
свойства сварных соединений, чем при дуговой сварке.
Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из
тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни,
наплавке твёрдых сплавов, исправлении дефектов литья и др.
Техника сварки.
В практике применяют два способа сварки - правый и левый (см. рис.8)
При правом способе сварку ведут слева на право, сварочное пламя направляют
на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за
горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то
обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха,
большая глубина плавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе
кристаллизации. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе,
поэтому угол разделки кромок делается не 90 (, а 60-70(, что уменьшает
количество наплавленного металла и коробление. При правом способе
производительность на 20-25 %выше, а расход газов на 15-20 % меньше, чем
при левом. Правый способ целесообразно применять при сварке металла
толщиной боле 5 мм и металлов с большой теплопроводностью.
При левом способе сварку ведут справа налево, сварочное пламя
направляют на ещё не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку
перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит
свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе;
предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее
перемешивание сварочной ванны. Благодаря этим свойствам левый способ
наиболее распространён и применяется для сварки тонколистовых материалов и
легкоплавких металлов.
Мощность сварочной горелки при правом способе выбирают из расчёта 120-
150 дм(3/ч ацетилена, а при левом -100-130 дм(3/ч на 1 мм толщина
свариваемого металла.
Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины
свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр
присадочной проволоки ((((( мм., но не более 6 мм, при левом ((((((( мм,
где (- толщина свариваемого металла, мм
Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона (мундштука к
поверхности свариваемого металла (рис. 9, а).
Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона
мундштука к поверхности свариваемого металла.
В процессе сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает
одновременно два движения: поперечное (перпендикулярно оси шва) и
продольное (вдоль оси шва) (рис. 9) Основным является продольное движение.
Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного
металла и получения шва необходимой ширины.
Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные (на вертикальной
плоскости), вертикальные и потолочные швы. Горизонтальные и потолочные швы
обычно выполняют правым способом сварки, вертикальные снизу вверх - левым
способом.
Автоматическая дуговая сварка под флюсом.
Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую
электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха.
Подача и перемещение электродной проволоки, а также процессы зажигания дуги
и заварки кратера в конце шва автоматизированы В процессе автоматической
сварки под флюсом дуга горит между проволокой и основным металлом. Столб
дуги и металлическая ванна жидкого металла со всех сторон плотно закрыты
слоем флюса толщиной 30 – 35 мм. Часть флюса расплавляется, в результате
чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности
расплавленного металла – ванна жидкого шлака. Для сварки под флюсом
характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и
весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение
расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По
мере поступательного движения электрода происходит затвердевание
металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва, покрытого
твердой шлаковой коркой. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва
с помощью механизмов подачи и перемещения. Ток к электроду поступает через
токопровод.
Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами,
сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися
непосредственно по изделию. Назначение сварочных автоматов – подача
электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в
течение всего процесса. Автоматическую сварку под флюсом применяют в
серийном и массовом производствах для выполнения длинных прямолинейных и
кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2 – 100 мм. Под
флюсом сваривают металлы различных классов. Автоматическую сварку широко
применяют при изготовлении котлов, резервуаров для хранения жидкостей и
газов, корпусов судов, мостовых балок и других изделий. Она является одним
из основных звеньев автоматической линий для изготовления сварных
автомобильных колес и станов для производства сварных прямошовных и
спиральных труб.
Электрошлаковая сварка и приплав.
При электрошлаковой сварке основной и электродный металл
расплавляется теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока
через шлаковую ванну. Процесс электрошлаковой сварки начинается с
образования шлаковой ванны в пространстве между кромками основного металла
и формирующими устройствами (ползунами), охлаждаемые водой, подаваемой по
трубам, путем расплавления флюса электрической дугой, возбуждаемой между
сварочной проволокой и вводной планкой. После накопления определенного
количества жидкого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача
проволоки и подвод тока продолжаются. При прохождении тока через
расплавленный шлак, являющийся электропроводящим электролитом, в нем
выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака
(до 2000°С) и расплавления кромок основного металла и электродной
проволоки. Проволока вводится в зазор и подается в шлаковую ванну с помощью
мундштука. Проволока служит для подвода тока и пополнения сварочной ванны
расплавленным металлом. Как правило, электрошлаковую сварку выполняют при
вертикальном положении свариваемых заготовок. По мере заполнения зазора
между ними мундштук для подачи проволоки и формирующие ползуны
передвигаются в вертикальном направлении, оставляя после себя затвердевший
сварной шов.
В начальном и конечном участках шва образуются дефекты. В начале
шва – непровар кромок, в конце шва - усадочная раковина и неметаллические
включения. Поэтому сварку начинают на вводной, а заканчивают на выходной
планках, которые затем удаляют газовой резкой.
Шлаковая ванна – более распределенный источник теплоты, чем
электрическая дуга. Основной металл расплавляется одновременно по всему
периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большой
толщины за один проход.
Заготовки толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом,
совершающим поперечные колебания в зазоре для обеспечения равномерного
разогрева шлаковой ванны по всей толщине. Металл толщиной более 150 мм
сваривают тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок, исходя из
использования одного электрода на 45 – 60 мм толщины металла. Специальные
автоматы обеспечивают подачу электродных проволок и их поперчной
перемещение в зазоре.
Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с
автоматической сваркой под флюсом: повышенную производительность, лучшую
макроструктуру шва и меньшие затраты на выполнение 1 м сварного шва.
К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование
крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и
охлаждения. После сварки необходима термическая обработка (отжиг или
нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения.
Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении
для изготовления ковано – сварных и лито – сварных конструкций, таких, как
станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей,
роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т. п. Толщина
свариваемого металла составляет 50 – 2000 мм.
Сварка в среде защитных газов.
При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная
ванна защищены струей защитного газа.
В качестве защитных газов применяют инертные газы ( аргон и гелий)
и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), а иногда – смеси
двух газов и более.
Сварка в среде защитных газов в зависимости от степени механизации
процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения
сварочной горелки может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.
По сравнению с ручной сваркой покрытыми электродами и
автоматической под флюсом сварка в защитных газах имеет следующие
преимущества: высокую степень защиты расплавленного металла от воздействия
воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и
шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех пространственных
положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования
шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при
ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом
газе.
Области применения сварки в защитных газах охватывают широкий круг
материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, элементы атомных
установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т. п.).
Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и
тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а
также легированных и высоколегированных сталей.
Контактная сварка.
Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным
нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой
разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая
деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.
Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим
током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте
сварочного контакта.
На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и
загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают
электродо - сопротивление контакта. В результате в точках контакта металл
нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При
непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки
соприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных
расстояний, т. е. сварка поверхностей.
Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения,
определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный
трансформатор. По типу сварного соединения различают сварку стыковую,
точечную, шовную.
Стыковая сварка.
Стыковая сварка – разновидность контактной сварки, при которой
заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Свариваемые
заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины. Зажим 1 установлен на
подвижной плите, перемещающийся в направляющих, зажим 2 укреплен на
неподвижной плите. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими
шинами и питается от сети через включающее устройство. Плиты перемещаются,
и заготовки сжимаются под действием усилия, развиваемого механизмом осадки.
Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и
последующей осадкой называют – сваркой оплавлением.
Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением.
В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а оксиды и
загрязнения удаляются, поэтому не требуются особой подготовки места
соединения. Можно сваривать заготовки с сечением, разнородные металлы
(быстрорежущую и углеродистую стали, медь и алюминий и т.д.).
Наиболее распространенными изделиями, изготовляемые стыковой
сваркой, служат элементы трубчатых конструкций, колеса и кольца,
инструмент, рельсы, железобетонная арматура.
Точечная сварка.
Точечная сварка – разновидность контактной сварки, при которой
заготовки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки
собирают внахлестку и зажимают между электродами, подводящими ток к месту
сварки. Соприкасающиеся с медным электродами поверхности свариваемых
заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжается до
пластического состояния внешних слоев и до расплавления внутренних слоев.
Затем выключают ток и снимают давление. В результате образуется литая
сварная точка.
Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по
отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней.
Многоточечная контактная сварка – разновидность контактной сварки,
когда за один цикл свариваются несколько точек. Многоточечную сварку
выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Многоточечные машины
могут иметь от одной пары до 100 пар электродов, соответственно сваривать 2
–200 точек одновременно. Многоточечной сваркой сваривают одновременно и
последовательно. В первом случае все электроды сразу прижимают к изделию,
что обеспечивает меньшее коробление и большую точность сборки. Ток
распределяется между прижатыми электродами специальным токораспределителем,
включающим электроды попарно. Во втором случае пары электродов опускают
поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно к каждой паре
электродов от сварочного трансформатора. Многоточечную сварку применяют в
основном в массовом производстве, где требуется большое число сварных точек
на заготовке.
Шовная сварка.
Шовная сварка – разновидность контактной сварки, при которой между
свариваемыми заготовки образуется прочное и плотное соединение. Электроды
выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые
заготовки.
В процессе шовной сварки листовые заготовки соединяют внахлестку,
зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по
заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате
чего получается сплошной геометрически шов. Шовную точку, так же как и
точечную, можно выполнить при двустороннем и одностороннем расположениях
электродов.
Шовную сварку применяют в массовом производстве при
изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3 –
3 мм. Шовной сваркой выполняют те же типы сварных соединений, что и
точечной, но используют для получения герметичного шва.
Газовая сварка и резка металлов.
При сварке место соединения нагревают до расплавления
высокотемпературным газовым пламенем. При нагреве газосварочным пламенем
кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется
присадочным металлом, который вводят в пламя горелки извне. Газовое пламя
получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого
кислорода.
Кислородный балон представляет собой стальной цилиндр со
сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю
часть балона насаживается башмак, позволяющий ставить балон вертикально.
На горловине имеется кольцо с резьбой для навертывания защитного колпака.
Средняя жидкостная вместимость балона 40 дм3. При давлении 15 МПа он
вмещает ~ 6000дм3 кислорода.
Ацетиленовые балоны окрашивают в белый цвет и делают на них
надпись красной краской «Ацетилен». Их конструкция аналогична конструкции
кислородных балонов. Давление ацетилена в балоне 1,5 МПа. В балоне
находится пористая масса (активизированный уголь) и ацетон. Растворения
ацетилена в ацетоне позволяет поместить в малом объеме большое количество
ацетилена. Растворенный в ацетоне ацетилен пропитывает пористую массу и
становится безопасным.
При газовой сварке заготовки нагреваются более плавно, чем при
дуговой; это и определяет основные области ее применения: для сварки
металлов малой толщины (0,2 – 3 мм); легкоплавких цветных металлов и
сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения, например
инструментальных сталей, чугуна, латуней; для пайки а наплавочных работ;
для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении
толщины металла производительность газовой сварки резко снижается. При этом
за счет медленного нагрева свариваемые изделия значительно деформируются.
Это ограничивает применение газовой сварки.
Газокислородная резка заключается в сжигании металла в струе
кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов. При горении железа в
кислороде выделяется значительное количество теплоты.
Для обеспечения нормального процесса резки металл должен отвечать
следующим требованиям: температура его плавления должна быть выше
температуры горения в кислороде; температура плавления оксидов металла
должна быть ниже температуры его плавления; количество теплоты,
выделяющееся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть
достаточным для поддержания непрерывного процесса резки; теплопроводность
металла не должна быть слишком высокой, в противном случае теплота слишком
интенсивно отводится и процесс резки прекращается; образующиеся оксиды
должны быть достаточно жидкотекучими и легко выдуваться вниз струей
режущего кислорода.
Практически указанным требования отвечают железо,
низкоуглеродистые и низколегированные стали.
По характеру и направленности кислородной струи различают следующие
способы резки.
Разделительная резка – режущая струя направлена нормально к поверхности
металла и прорезает его на всю толщину. Разделительной резкой раскраивают
листовую сталь, разрезают профильной материал, вырезают косынки, круги,
фланцы и т.п. Поверхностная резка – режущая струя направлена под очень
малым углом к поверхности металла (почти параллельно ей) и обеспечивают
грубую ее строжку или обдирку. Ею удаляют поверхностные дефекты отливок.
Резка кислородным копьем – копье образуется стальной тонкостенной
трубкой, присоединенной к рукоятке и свободным концом прижатой к
прожигаемому металлу. Кислородным копьем отрезают прибыли крупных отливок,
прожигают летки в металлургических печах, отверстия в бетоне и т. п. Резка
может быть ручной и машинной.
Дефекты образующиеся при сварке.
Остаточные сварочные напряжения и деформация.
Дефекты в соединениях бывают двух типов: внешние и внутренние. В сварных
соединениях к внешним дефектам относят наплывы подрезы, наружные непровары
и несплавления, поверхностные трещины и поры. К внутренним – скрытые
трещины и поры, внутренние непровары и несплавления, шлаковые включения и
др. В паяных соединениях внешними дефектами являются наплывы и натеки
припоя, неполное заполнение шва припоем; внутренними – поры, включения
флюса, трещины и др.
Качество сварных и паяных соединений обеспечивают предварительным
контролем материалов и заготовок, текущим контролем за процессом сварки и
пайки и приемочным контролем готовых сварных или паяных
|
