Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование
.pdf* |
3 |
2 |
1 |
3 |
2 |
1 |
2 |
|
3 |
|
|
|
|
а. |
|
|
|
|
<г |
Рис. 1.4. Заполнение разделки каскадным методом |
(а) |
и горкой |
(б): |
||||||
1—5 —способы |
выполнения многослойных швов |
|
|
|
|
||||
Длинные швы выполняют обратно-ступенчатым |
способом |
от |
середины |
||||||
к краям, что уменьшает сварочные напряжения и деформации. |
за |
несколько |
|||||||
При сварке |
металла |
большой |
толщины |
швы выполняют |
проходов слоями или валиками (рис. 1.3), что также способствует снижению сварочных напряжений и деформаций. При первом способе каждый слой шва выполняют за один проход, при втором — за несколько проходов. При сварке слоями внутренние напряжения и, следователыю, деформации снимаются в большей степени, чем при сварке валиками. Первый способ применяют пре имущественно при сварке угловых швов, второй — при стыковой сварке, так как широкие швы высокого качества в верхней и средней частях разделки выполнить сложно.
Для снижения сварочных напряжений и деформаций используют также способ заполнения разделки каскадным методом или. «горкой» (рис. 1.4). При этом швы разбивают на короткие участки, а каждый последующий шов при
сварке накладывают на еще не остывший металл предыдущего |
слоя. Сварка |
|
горкой — разновидность каскадного |
способа. При большой длине ее ведут |
|
одновременно от середины к краям два сварщика. |
|
|
.Режимы РДС |
|
|
При РДС характеристиками режима |
сварки являются: dBt / св, Uд, vc», род |
|
тока, полярность и др. Величину / св |
выбирают в зависимости |
от типа сва |
рочных соединений, марки и толщины металла, положения шва в пространстве и т. д. (согласно рекомендациям технической документации на каждую кон кретную марку электрода).
Ориентировочные режимы сварки можно определить по зависимостям, приведенным в табл. 1.10.
Род и полярность /св зависят в основном от толщины металла и марки электрода. При небольшой толщине металла среднеуглеродистые и высоколе гированные стали сваривают преимущественно на постоянном токе обратной нолярности, что уменьшает вероятность образования прожогов и перегрев металла. Малоуглеродистые и низколегированные стали средней и большой толщины чаще сваривают на переменном токе для снижения расхода электро энергии и стоимости сварочного оборудования.
Напряжение дуги при РДС изменяется в сравнительно узких пределах и выбирается на основании рекомендаций технической документации для дан-
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ [5]
|
|
|
Соединение |
|
|
|
|
*Ме- “ “ |
стыковое |
тавровое |
|
нахлесточное |
|||
|
'св> А |
</э , мм |
^св’ ^ |
<*э , мм |
'« • А |
ds , ММ |
|
1,0 |
25—35 |
2 |
30—50 |
|
2 |
30—50 |
2,5 |
1,5 |
35—50 |
2 |
40—70 |
2 |
- 2 ,5 |
45—75 |
2,5 |
2,0 |
45—70 |
2,5 |
50— 80 |
2,5 |
— 3 |
55—85 |
2,5 —3 |
4,0 |
120— 160 |
3— 4 |
120— 160 |
3—4 |
120— 160 |
3—4 |
|
5,0 |
130— 180 |
3—4 |
130— 180 |
|
4 |
130— 180 |
4 |
10,0 |
140—220 |
4— 5 |
150—220 |
4 |
— 5 |
150—220 |
4 —5 |
15,0 |
160— 250 |
4— 5 |
160—250 |
4 - 5 |
160—250 |
4— 5 |
|
20,0 |
160—340 |
4— 6 |
160—340 |
4 —6 |
160—340 |
4—6 |
|
П р и м е ч а н и е , |
При сварке |
закаленных |
сталей аустенитными электродами / |
||||
снижают на 25 %. |
|
|
|
|
|
|
ной марки электрода. Скорость сварки обычно выбирают с учетом необходи
мости получения слоя наплавленного металла, имеющего определенную пло щадь поперечного сечения.
При сварке многослойных стыковых швов с разделкой кромок число про ходов зависит от общей площади поперечного сечения наплавленного металла и шва, наплавляемого за один проход.
Технология сварки углеродистых и низколегированных сталей [4—6]
При сварке малоуглеродистых сталей в большинстве случаев не требуется применение специальных технологических мер, направленных на предотвраще ние образования в металле околошовной зоны закалочных структур. В зави симости от прочностных показателей свариваемой стали широко используют электрод с рутиловым и ильменитовым покрытием типов Э42 и Э46 (напри мер, АНО-6, АНО-4 и др.). Для особо ответственных стальных конструкций применяют электроды с основным покрытием типов Э42А и Э46А (например, УОНИ-13/45, СМ-11, Э-138/45Н и др., табл. 1.11). При сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя многослойного шва рекомендуется выпол
нять предварительный подогрев свариваемых деталей |
до |
120—150°С — для |
||||
повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин. |
||||||
Среднеуглеродистые стали |
(Ст.5, СтЗО |
и др.) и |
некоторые низколегиро |
|||
ванные стали с содержанием |
углерода |
и |
легирующих |
примесей, |
близким |
|
к верхнему пределу, сваривают с предварительным |
подогревом |
до 150— |
||||
300 °С что замедляет остывание изделий |
и во многих случаях позволяет из- |
бежать образования малопластичных и хрупких закалочных структур. Для этой же пели снижают скорость сварки, а также выполняют ее двумя и более
раздвинутыми сварочными дугами. Для сварки |
применяют |
электроды типов |
|
Э42А Э46А и Э50А с основным покрытием |
(УОНИ-13/45, |
УОНИ-13/55, |
|
Ч ПЯ/45Н АНО-Т и др.). При d»<4-Т-5 мм обеспечивается |
о, |
металла шва |
не ниже о. основного металла. Технология сварки высокоуглеродистых ста лей обязательно предусматривает предварительный подогрев до 350—400 С, иногда сопутствующий подогрев и последующую термическую обработку.
ъг
ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ [1. 2, 5]
|
Электрод |
Род тока, |
|
|
(Xн*. |
Основное назначение |
|
|
поляр |
||
тип • |
г/(А-ч) |
ность •• |
электрода |
марка |
|
|
942 |
ВСЦ-2 |
10,5 |
|
ЦМ-7 |
10,6 |
342А |
АНО-6 |
10,0 |
УОНИ-13/45 |
8,5 |
|
946 |
СМ-11 |
9,5 |
АНО-4 |
8,5 |
|
|
ОЗС-6 |
10,5 |
|
МР-3 |
7,8 |
|
АНО-29М |
9,1 |
|
АНО-24 |
8,3 |
|
АНМ-1 |
9,0 |
Э46А |
Э-138/45Н |
8,5 |
950 |
АНГ-1 |
12,3 |
|
АНО-19 |
13,5 |
950А |
УОНИ-13/55 |
9,0 |
|
Э-138/50А |
9,0 |
950А |
АНО-Д |
10,2 |
=
— /"W
=, ОП
=(ОП), ~
»
=л/
=(ОП), -
=1 ~
=(ОП)
=. ~
ОП
=, ~
=(ОП), -
Углеродистая и низколегирован ная сталь Малоуглеродистая сталь То же
Ответственные сварные конструк ции из малоуглеродистой, сред неуглеродистой и низколегиро ванной стали То же
Сварные конструкции из мало углеродистой стали То же
Ответственныесварные конструк ции из малоуглеродистой стали с ов < 400 МПа Сварка сверху вниз ответствен
ных сварных конструкций из малоуглеродистой стали Ответственные сварные кон струкции из малоуглеродистой стали Сварные конструкции из мало
углеродистых сталей, поверх ность которых насыщена серой Малоуглеродистые и низколеги
рованные стали при |
постройке |
|
и ремонте судов |
|
|
Сварка |
наклонным электродом |
|
сварных |
конструкций |
из мало |
углеродистых и низколегирован ных сталей Сварка в нижнем положении
сварных конструкций из тех же сталей Ответственные сварные кон
струкции из малоуглеродистых и низколегированных сталей Наружные швы корпусов судов из тех же сталей Ответственные сварные конструк ции судо- и энергомашинострое ния из малоуглеродистых и низ колегированных сталей
•По ГОСТ 9467—75.
••ОП — обратная полярность, ток постоянный 0=) или переменный (~).
|
Электрод |
®Н* |
|
Род тока, |
|
|
|
поляр |
|
тип* |
марка |
г/(А*ч) |
|
ность •* |
|
|
|
||
Э60А |
АНО-9 |
9,7 |
|
= (ОП) |
|
АНО-31 |
9,0 |
|
1 ^ |
|
АНО-30 |
12,5 |
|
1 ^ |
|
АНО-ТМ |
10,2 |
|
» ^ |
|
АНО-25 |
9,7 |
= |
(ОП), ~ |
Э55 |
УОНИ-13/55У |
9,5 |
= |
(ОП), ~ |
Э60 |
ВСФ-65 |
9.5 |
= |
(ОП), ~ |
|
УОНИ-13/65 |
9,5 |
= |
(ОП), ~ |
Основное назначение электрода
Ответственные сварные кон струкции из малоуглеродистых
инизколегированных сталей. Сварка преимущественно сверху вниз Ответственные сварные кон
струкции из малоуглеродистых
инизколегированных сталей
То |
же, эксплуатация при Т > |
> |
-—50 °С. Сварка в нижнем по |
ложении Корневые и заполняющие слон,
односторонние (без подварки корня шва) трубчатые соедине ния из углеродистых и низколе гированных сталей. Формирова ние выпуклого обратного валика корневого шва Ответственные сварные кон
струкции из малоуглеродистых и низколегированных сталей, ра ботающих при Т > —70 °С Сварка ванным способом арма туры и обычная РДС сварных конструкций из малоуглероди стых и низколегированных ста лей Ответственные сварные кон
струкции из низколегированных сталей повышенной прочности, ов < 650 МПа Низколегированные хромистые, хромомолибденовые и хромо кремнистомарганцевые стали
• По ГОСТ 9467-76.
** ОП — обратная полярность, ток постоянный (« ) или переменный (~).
Кромки стыков тщательно обрабатывают, выдерживая равномерный за зор. Сборку изделий выполняют с помощью приспособлений, допускающих свободную усадку в процессе сварки.
Прихватку и сварку выполняют постоянным током обратной полярности, уменьшенным на 10—20 % по сравнению с / св для малоуглеродистых сталей. Кратеры тщательно заплавляют, обеспечивая плавный переход шва к основ ному металлу.
При сварке металла толщиной > 6 мм накладывают многослойные швы; процесс ведут с интервалом между наложением слоев. Обязательно наклады вают отжигающий валик. Конструкции из закаливающихся сталей после сварки подвергают термической обработке.
Сборку конструкций выполняют без подкладных колец, с помощью приспо соблений, исключающих прихватку или сводящих число прихваток к ми нимуму. Желательна разделка кромок с криволинейным скосом.
Перед сваркой при толщине металла бме>10 мм необходим предвари тельный, а в процессе сварки — сопутствующий подогрев. Последний исклю чают в тех случаях, когда сварку ведут два сварщика. Сварку выполняют по стоянным током обратной полярности.
При мм применяют многослойную сварку. При сварке вертикаль ных стыков с бме>30 мм, а также горизонтальных стыков усиление шва вы полняют несколькими валиками. Последним накладывают отжигающий валик. После сварки проводят термическую обработку (высокий отпуск).
Некоторые марки электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей приведены в табл. 1.12.
Т А Б Л И Ц А 1.12.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ МАРОК ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ ЛЕГИРОВАННЫХ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ* [1. 2. 5]
Тип электрода по ГОСТ 9467—75
Э-09МХ
Э-09Х1М
Э-09Х1МФ
Э-10ХЗМ1БФ
Э-10Х5МФ
|
Типичные механические |
|
|
|
|
|
||
Марка |
свойства металла шва |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Назначение электрода |
|||||
электрода |
V |
|
KCU. |
|||||
|
0». % |
|
|
|
|
|
||
|
МДж/м4 |
|
|
|
|
|
||
|
МПа |
|
|
|
|
|
||
о зс -п |
560 |
22 |
1,20 |
Сварные конструкции из |
||||
|
|
|
|
сталей |
12МХ, |
15МХ, |
||
|
|
|
|
15Х1М1Ф и т. д., рабо |
||||
ТМЛ-1У |
510 |
12 |
1,00 |
тающих при Т < |
510 °С |
|||
Паропроводы из |
сталей |
|||||||
|
|
|
|
12МХ |
15Х1М1Ф, |
|
||
|
|
|
|
20ХМФЛ и т. д. и эле |
||||
|
|
|
|
менты |
поверхностей на |
|||
|
|
|
|
грева из сталей 12Х1МФ, |
||||
ЦЛ-20 |
520 |
18 |
0,80 |
12Х2МФБ и др. |
|
|
||
Сварные конструкции из |
||||||||
|
|
|
|
сталей 12Х1М, 15Х1М1Ф, |
||||
ЦЛ-26М |
500 |
18 |
1,20 |
20ХМФ-Л, 15Х1М1Ф-Л |
||||
Сварные конструкции из |
||||||||
|
|
|
|
сталей |
15ХМФКР, |
|
||
|
|
|
|
12Х2МФБ и т. д., рабо |
||||
ЦЛ-17-63 |
620 |
18 |
|
тающих при Т < |
600 °С |
|||
|
То же, |
из |
Х5М, |
|
в аг |
|||
|
|
|
|
15Х5МФА |
(работа |
|||
|
|
|
|
рессивных |
средах |
при |
||
|
|
|
|
Г < 450 °С) |
|
|
* Сварка на постоянном токе обратной полярности.
Сварку выполняют |
специальными |
электродами |
(табл. 1.13) |
на |
постоянном |
|||
токе |
обратной полярности; / св |
на |
10—20 % меньше, |
чем для |
малоуглероди |
|||
стой |
стали. Сварку |
выполняют |
короткой дугой |
без |
поперечных |
колебаний |
конца электрода. Применяют укороченные электроды малого диаметра. Ко рень шва сваривают электродом с </э= 2-^-3 мм.
Сварку ведут на повышенных скоростях, многослойными швами с боль
шим интервалом времени между наложением отдельных слоев. |
аустенитных |
||||
Аустенитные стали при сварке усиленно охлаждают; |
швы |
||||
сталей, обращенные к агрессивной среде, сваривают |
в последнюю очередь. |
||||
Дугу зажигают на шве, кратеры тщательно заплавляют. |
|
|
|
||
Хромистые |
стали сваривают с подогревом до 200—400 °С, после сварки |
||||
охлаждают до |
150—200 °С и проводят высокий отпуск |
(нагрев |
в печи |
до |
|
720—750°С с выдержкой в течение 5 мин на блге=1 |
мм, |
но не |
менее |
1 ч, |
|
с последующим охлаждением на воздухе; при содержании 17—20 % Сг |
вы |
||||
держку увеличивают до 10 мин на каждый миллиметр слоя бм*). |
Ферритные |
||||
Окалиностойкие стали после сварки отпускают |
при |
650 °С. |
стали (Х25, ХЗО) нагревают до 800—850 °С и охлаждают в воде. Термическую обработку аустенитных сталей выполняют только для выравнивания струк туры шва и основного металла и для предупреждения межкристаллитной кор
розии (стабилизирующий отжиг — нагрев |
в течение 2—3 ч при 850—900 °С или |
||
закалка в воду после |
нагрева до 1050—1100 °С). |
Высокомарганцовистую |
|
аустенитную сталь (Г13Л) сваривают в |
закаленном |
состоянии (последнее |
|
|
|
|
т а б л и ц а и з |
ПЕРЕЧЕНЬ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ |
|||
ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С |
ОСОБЫМИ |
СВОЙСТВАМИ [ 1 - 5 ] |
|
Тип электрода |
Марка электрода |
Марка свариваемой стали |
|
по ГОСТ 10052—75 |
Коррозионностойкие стали
Э-08Х20Н9Г2Б |
АНВ-35, ЦЛ-11 |
Э-02Х19Н9Б |
АНВ-13 |
Э-02Х19Н18Г5АМЗ |
АНВ-17 |
08Х18Н12Б, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т (работа в агрессивных средах) 03Х18Н11, 03Х18Н12, ОЗХ18ГЗАН10 и т. п.
ОЗХ16Н15МЗ, 09Х16Н5МЗБ, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н5МЗТ и т. п.
|
Жаропрочные стали и сплавы |
|
Э-10Х25Н13Г2 |
| ОЗЛ-6 |
I 15Х25Т, 20Х23Н13 и т. д. (работа |
|
|
| при T > 8 5 0 ° Q |
|
Жаростойкие стали |
|
Э-10Х25Н13Г2 |
ЦЛ-25 |
20Х23Н18, 20Х23Н13, 15Х25Т, 15X28 |
|
|
и т. п. (работа при 850—1000 °С) |
определяют с помощью магнита— закаленная сталь немагнитна). Аустенит ные стали подвержены сильному короблению, поэтому их сваривают с приме нением различных зажимов или обратно-ступенчатым способом и т. п.
1.3. Контроль качества сварных соединений
Методы контроля качества сварных соединений установлены ГОСТ 3242—79. В нем определены методы контроля в зависимости от вида и размера дефек тов, их расположения, толщины материалов, а также способов сварки.
Г л а в а 2 ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
2.1. Общие сведения
Сварка в защитных газах — один из распространенных способов сварки плав лением. По сравнению с другими способами он имеет ряд преимуществ, из которых главные: возможность визуального, в том числе и дистанционного, наблюдения за процессом сварки; широкий диапазон рабочих параметров ре жима сварки в любых пространственных положениях; возможность механи зации и автоматизации процесса, в том числе с применением робототехники; высокоэффективная защита расплавленного металла; возможность сварки ме таллов разной толщины в пределах от десятых долей до десятков милли метров.
2.1 Л. Определения, классификация и основные схемы
Сварка в защитных газах (СЗГ) — общее название разновидностей дуговой сварки, осуществляемой с вдуванием через сопло горелки в зону дуги струи защитного газа. В качестве защитных применяют: инертные (Аг, Не), актив ные (С02, 0 2| N2, Н2) газы и их смеси (Аг+С02+ 0 2, А г+02, Аг+ + С 0 2 и др.).
Разновидности СЗГ можно классифицировать по таким признакам, как: тип защитных газов, характер защиты в зоне сварки, род тока, тип электрода и т. д. (рис. 2.1) [1]. По совокупности основных физических явлений процесс дуговой сварки в защитных газах можно классифицировать по двум основ ным схемам — это сварка неплавящимся (СНЭЗГ) (рис. 2.2, а) и плавящимся (СПЭЗГ) (рис. 2.2, б) электродами.
Сварочная дуга в среде защитных газов характеризуется относительно большим разрядным током (от 5 до 500 А и выше) и низким катодным паде нием напряжения.
Для сварки неплавящимся электродом применяют в основном инертные газы Аг и Не, а также их смеси в любом соотношении. Эти газы, особенно Не, обладают высокими потенциалами ионизации, что затрудняет первоначальное возбуждение дуги. Однако напряженность электрического поля (Е) в столбе дуги в инертных газах имеет сравнительно низкое значение и поэтому дуговой разряд в инертных газах отличается высокой стабильностью. При сварке пла вящимся электродом напряжение дуги и стабильность ее существования су
щественно зависят от состава защитного газа (рис. 2.3).
Повышение напряжения дуги с увеличением концентрации молекулярных
газов |
(Н2, N2, 0 2 и С02) объясняется интенсивным охлаждающим действием |
|
этих |
газов в связи с затратами энергии на диссоциацию и отводом |
теплоты |
за счет высокой теплопроводности. Увеличение напряжения дуги |
приводит |
|
к снижению ее устойчивости. |
|
|
|
|
|
Дуговаясворна |
|
|
В инертных |
|
|
В снеси инертного |
|
|
газах |
|
|
и активного газов |
|
|
1_________________________________________________ |
||||
|
|
|
|
• |
|
1 |
Аг |
|
| |
A r + Nt |
|----- |
|
|
|
| |
Ар + Ht |
[— |
1__________Не |
1------ |
1 |
а Г + 5 |
1— |
|
|
|
|
|||
|
|
|
| |
Аг + ОД |
|— |
| |
Аг + Не |
|
| |
A r + Ot+CO* |
|— 1 |
I
Неплавящимся электродом
В активных
|
|
-- Г — |
|
|
|
|
|
|
газах |
|
|
|
|
|
|_ СО; |
|
I— |
|
||
|
г |
^2 |
п - |
|
|
|
|
г |
н 2 |
п - |
|
|
|
|
г |
Н]0 (пар) |
|
1- |
|
|
|
г |
С0г + 0 2 |
___ — |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Импульсной дугой |
|||
|
|
Плавящимся электродом |
||||
| |
С короткими замыканиями |
| |
| |
без коротких замыканий |
||
| |
Проволокой сплошного сечения |
| |
| |
Проволокой с флюсом |
|
|
___________ c z z z z — |
, |
~ |
I Полуадтонатическая \ |
\ Абт онат ачесмя |
| |
Рис. 2.1. Классификация способов сварки в среде защитных газов
Защитный
ваз
Рис. 2.2. Схема процесса сварки |
в защитном газе электродом: |
||
а — неплавящимся |
(/ — электрод |
вольфрамовый; |
2 — сопло; 3 — дуга; |
4 — металл шва; |
5 — изделие); |
б — плавящимся |
(/ — электрод; 2 — |
цанга; 3 — сопло; |
4 — дуга; 5 — металл) |
|
Примеси аргона, % |
Рис. |
2.3. |
Зависимость напряжения |
дуги |
от |
состава защитного газа |
2.1.2. Защитные газы
Инертные газы. Практически полностью нейтральными по отношению ко всем свариваемым металлам являются инертные одноатомные газы. Инертные газь/ применяют для сварки химически активных металлов и сплавов, а также ва всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по со' ставу с основным и присадочным металлами.
В сварочном производстве используемый аргон поставляется в газообраз' ном (табл. 2.1) и в жидком состояниях. Газообразный аргон отпускают, хра^ нят и транспортируют в стальных баллонах (по ГОСТ 949—73) или автоци^ стернах под давлением 15±0,5 или 20±1,0 МПа при 293 К.