2 Билет

1 Вопрос

2 Вопрос

№ 1 Сущность и классификация видов сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и/или пластическом деформировании (ГОСТ 2601-84).

Это определение относится к металлам, неметаллическим материалам (стеклу, пластмассе, керамике и т.д.) и к их сочетаниям.

По ГОСТ 19521-74 предусматривается три класса сварки:

1. Термический.

2. Термомеханический.

3. Механический.

Эти классы определяют конкретные виды сварки. В настоящее время различают два вида сварки:

1. Сварка плавлением.

2. Сварка давлением.

Первый вид сварки относится к термическому классу. Второй вид сварки реализуется для термомеханического и механического классов.

Сварка плавлением

Сущность сварки плавлением состоит в том, что образующийся от нагрева посторонним источником жидкий металл одной оплавленной кромки самостоятельно соединяется (перемешивается) с жидким металлом второй оплавленной кромки. Создается общий объем жидкого металла, после охлаждения которого образуется металл шва.

Общий объем жидкого металла называется сварочной ванной.

При сварке плавлением сварной шов может образовываться:

• только за счет переправления металла по кромкам свариваемых деталей;

• за счет внесения в сварочную ванну, кроме переплавленного металла кромок, присадочного метала извне.

Зона вблизи границы оплавленной кромки свариваемого металла и шва называется зоной сплавления.

Источниками нагрева при сварке плавлением могут быть:

• электрическая дуга;

• газовое пламя;

• химическая реакция с выделением теплоты;

• расплавленный шлак;

• плазма;

• энергия электронного излучения;

• энергия лазерного излучения.

Сварка давлением

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей. Пластическое деформирование достигается статической или ударной нагрузкой. Благодаря деформации, металл по кромкам подвергается трению между собой, что и приводит к установлению межатомных связей между соединяемыми частями.

Сварка давлением может выполняться без подогрева металла (механический класс сварки) или с местным нагревом (термомеханический класс сварки).

Зона, где образовались межатомные связи соединяемых деталей при сварке давлением, называется зоной соединення.

Источниками пластической деформации при сварке давлением могут быть:

• взрыв;

• ультразвук;

• магнитный импульс.

Источником теплоты при выполнении сварки давлением с подогревом свариваемых деталей, могут служить:

• печь;

• химическая реакция с выделением теплоты;

• электрический ток.

3 БИЛЕТ

1 вопрос

2 вопрос

4 БИЛЕТ

1 вопрос

1 Окисление

Кислород с железом образует 3 устойчивых оксида:

FeO Fe₂0₃ Fe₃0₄

легкий оксид тяжелые оксиды

Легкий оксид железа является самым опасным, так как способен растворяться в жидком металле сварочной ванны. Имея температуру плавления меньше, чем основной металл, он затвердевает в последнюю очередь, образуя прослойки между зернами металла. Ухудшается прочность, вязкость, коррозионная стойкость, металл быстрее стареет.

Тяжелые оксиды металла растворяются в сварочной ванне, но и не выходят на поверхность шва, оставаясь в нем в виде оксидных включений. Это увеличивает хрупкость металла и склонность к старению.

2. Раскисление - процесс восстановления железа из его оксида и перевод кислорода Ог в форму соединений, нерастворимых в жидком металле, с последующим удалением в шлак.

Раскислители - это химические элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем к железу:

• марганец (Мп);

• кремний (Si);

• алюминий (А1);

• титан (Ti);

• углерод (С).

Раскилители вводятся в сварочную ванну через покрытия электродов, сварочный или присадочный материал или флюс

2. Легирование - процесс придания металлу нужных нам свойств путем добавок в него различных химических элементов (соединений), веществ, которые обеспечат эти свойства.

Легирующие элементы вводятся через присадочный материал, электродную проволоку, покрытие электрода или флюс.

1.6-2.0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0

для подварки чугун

Легирующие элементы должны иметь меньшее сродство к кислороду, чем к свариваемому металлу. Иначе они будут окислены и не выполнят своего предназначения.

Рафинирование (очистка) металлического шва

В металле всегда находиться 2 вредных примеси - фосфор (Р) и сера (S2).

Металл рафинируют с помощью:

• введения в металл различных веществ, способных вывести вредные примеси и газы из металла шва;

• окислительно-восстановительные реакции;

с помощью замедленного охлаждения свариваемой детали.

2 вопрос

5 БИЛЕТ

1 вопрос

2 вопрос

Основные пространственные положения сварки определяет ГОСТ 1.1969-79. В соответствии с этим ГОСТЬ по положению в пространстве принято различать следующие швы:

1. Нижние - Н.

2. Полувертикальные - Пв.

3. Вертикальные - В.

4. Полупотолочные - Пп.

5. Потолочные - П.

6. Горизонтальные - Г.

7. Полугоризонтальные - Пг.

8. «В лодочку» - Л.

Горизонтальные и полугоризонтальные швы выполняются на вертикальной плоскости. «В лодочку» свариваются только угловые швы.

Сварка в нижнем положении наиболее удобна и легко поддается механизации. Наиболее труден потолочный шов, выполнение которого требует специальных навыков. Выполнение горизонтальных и вертикальных швов несколько труднее, чем нижних, но легче потолочных. Потолочные, вертикальные и горизонтальные швы приходится обычно выполнять при изготовлении и, особенно, при монтаже крупногабаритных конструкций. Значительно реже они применяются в заводских условиях, где с помощью специальных приспособлений и оборудования удается почти полностью сваривать конструкцию только в нижнем положении.

При сварке угловых швов тавровых нахлесточных и угловых соединений лучшее формирование шва обеспечивается при его положении «в лодочку».

№ 15 Выполнение швов в нижнем положении

Нижнее положение наиболее удобно для сварки, так как капли электродного металла легко переходят в сварочную ванну под действием собственного веса, и жидкий металл не вытекает из нее, а газы и шлак без помех выходит на поверхность металла. Кроме того, легко наблюдать за процессом формирования шва. Поэтому по возможности сварку следует вести в нижнем положении.

Особенности выполнения в нижнем положении стыковых и угловых швов

Стыковые швы для металла толщиной до 8мм свариваются без разделки кромок. Металл толщиной более 8мм сваривается с разделкой кромок.

Односторонние без скоса кромок стыковые швы выполняются электродами диаметром, равным толщине металла, если она не превышает 4мм. При большей толщине металла (но не более 6мм) при наложении одностороннего шва используют электроды большего диаметра. Двухсторонним швом без разделки кромок можно сваривать металл толщиной 2-8мм.

Металл толщиной более 8мм всегда сваривают с разделкой кромок. Стыковые соединения со скосом кромок в зависимости от толщины металла выполняют однослойными (до 12мм), многослойными и многопроходными (12мм и более).

Многопроходный шов выполняется тонкими и узкими валиками без поперечных колебаний электрода. Диаметр электрода при этом составляет 1,6-3,Омм.

Многослойный шов выполняется быстрее многопроходного более толстыми электродами (5-6мм). Выбор многослойного или многопроходного шва зависит от химического состава и толщины свариваемого металла и от установленной технологии на сварку.

Основная трудность при сварке стыковых швов в нижнем положении - обеспечить равномерное проплавление корня шва. При недостаточном токе или увеличении длины дуги возрастает возможность непровара, чрезмерный ток может вызвать прожог металла. Поэтому в ответственных изделиях проваривают стык с обратной стороны (подварочный шов) электродом малого диаметра (Змм) малым сварочным током (до 100А) или сваривают на медной подкладке, устанавливаемой под кромками свариваемого металла.

Сварку стыковых швов в нижнем положении ведут обычно с наклоном электрода вперед по направлению его перемещения («углом назад») под углом 15...300 к вертикали. Это обеспечивает равномерное покрытие жидкого металла слоем шлака и предотвращает затекание шлака на нерасплавленный металл перед дугой. Наклон электрода в противоположном направлении («углом вперед»), обратном его перемещению, применяют лишь в случаях, когда необходимо увеличить глубину проплавления. Металл сварочной ванны при этом больше вытесняется из-под дуги ее давлением, что увеличивает проплавление. Однако следует помнить, что это ухудшает формирование шва и его защиту.

Угловые швы. При выполнении угловых швов жидкий металл под действием силы тяжести стремится стекать на нижнюю плоскость. Поэтому выполнение этих швов лучше производить «в лодочку». Во избежание непровара и подрезов кромок сварку лучше вести электродами, допускающими опирание покрытия на кромки свариваемого металла.

Сварка «в лодочку» угловых швов для листов толщиной до 14мм ведется без скоса кромок (двухсторонний шов) или с частичкой разделкой кромок.

Если не представляется возможным вести сварку «в лодочку», то угловые швы выполняются наклонным электродом. В этом случае возможен непровар корня шва и кромки нижней свариваемой детали. Тщательный прогрев кромок в данном случае достигается правильным движением электрода с наклоном 45° к поверхности нижней детали и поперечными колебательными движениями треугольником без задержек или с задержками в корне шва. В процессе выполнения шва электрода следует наклонять то к одной, то к другой плоскости свариваемых деталей.

Дугу всегда возбуждают на горизонтальной плоскости, а не на вертикальной, чтобы избежать натекания металла на нижнюю плоскость, что может вызвать непровар. Угловые швы в нижнем положении с катетом до 10мм накладывают в один слой электродами диаметром до Змм без поперечных колебаний. Угловые швы без скоса кромок с катетами более 10мм выполняют в один слой поперечными движениями электрода треугольником без задержки или с задержкой в корне шва.

№ 16 Особенности выполнения швов в положениях, отличных от нижнего

При сварке во всех пространственных положениях, отличных от нижнего, основная проблема - стекание жидкого металла и шлака под действием силы тяжести. Это искажает форму шва, ухудшает его защиту и, как следствие, качество. Силе тяжести противодействует сила давления дуги и сила поверхностного натяжения жидкого металла сварочной ванны. Следовательно, уменьшить влияние силы тяжести можно, уменьшив сварочную ванну. Объем сварочной ванны уменьшают путем снижения сварочного тока на 15-20% по сравнению со сваркой в нижнем положении. Кроме того, при сварке в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях применяют электроды меньшего диаметра (d < 4мм) с малым коэффициентом наплавки, дающие тонкий быстротвердеющий слой шлака.

Вертикальные швы сложнее в выполнении, чем выполнение швов в нижнем положении из-за стекания жидкого металла сварочной ванны. Поэтому вертикальные швы выполняют очень короткой дугой, электродами малого диаметра (не более 4мм). Сварочный ток уменьшают на 10% по сравнению со сваркой в нижнем положении. Сварку вертикальных швов выполняют при перемещении электрода снизу вверх (на подъем) или сверху вниз (на спуск).

Сварка снизу вверх является наиболее распространенным, удобным и производительным способом. Дугу возбуждают в нижней точке стыка вертикально расположенных деталей. Электрод при этом располагается под углом 90° к свариваемому металлу, чем достигается его наибольший провар. После образования ванны жидкого металла электрод отводят несколько вверх и располагают углом вперед по отношению ко шву. При этом застывший металл шва образует подобие полочки, на которой удерживаются последующие капли жидкого металла от стекания. Стекание жидкого металла также предотвращается давлением дуги при наклоне электрода и колебательными движениями электрода попрек оси шва.

Сварку сверху вниз применяют в основном для сварки тонкого металла (до 5мм) и при наложении первого слоя шва при многослойной сварке. В этом случае подтекающий под дугу жидкий металл уменьшает возможность образования прожогов. В начале сварки дуга возбуждается в верхней части стыка деталей электродом, расположенным под прямым углом к свариваемой конструкции. После образования сварочной ванны электрод наклоняют на 10-20° вниз (углом назад) с таким расчетом, чтобы дуга была направлена на уже сваренный участок шва. При данном способе дуга должна быть очень короткой, с незначительными поперечными колебаниями электрода. Применяются электроды с целлюлозным покрытием, дающим тонкий быстротвердеющий шлак.

Горизонтальные швы. Эти швы выполнять труднее, чем вертикальные. На ответственных конструкциях на выполнение горизонтальных швов ставят сварщиков высокой квалификации. Основная сложность - удержание жидкого металла сварочной ванны от стекания на нижнюю свариваемую деталь. Это часто вызывает подрезы на верхней детали и наплывы и непровары на нижней. Для предупреждения этого скос кромок обычно делается на одной верхней детали. Дуга в этом случае возбуждается на нижней детали, а затем переносится через притупление на верхнюю деталь, поднимая вверх стекающую каплю металла. Быстрые колебательные движения электродом совершаются по спирали.

Нахлесточные соединения в горизонтальном положении выполняются проще, чем стыковые, так как горизонтальная кромка нижней детали способствует удержанию метла сварочной ванны от стекания вниз.

Сварку горизонтальных швов можно вести вертикально расположенным электродом, а также углом вперед или углом назад. Сварку ведут короткой дугой. Сварочный ток уменьшают на 15-20% по сравнению со сваркой в нижнем положении.

Металл толщиной более 8мм сваривается многопроходным швом. Первый валик в корне шва наносится электродом Змм, остальные - 4мм. Первый валик каждого слоя многопроходного шва начинается на нижней горизонтальной детали.

Потолочные швы. Выполнение потолочных швов не входит в квалификационную характеристику 3-его разряда из-за сложности их наложения даже квалифицированному сварщику. Поэтому такие швы по возможности стараются избегать.

Сложность выполнения потолочных швов заключается в том, что сила тяжести препятствует переносу металла с электрода в сварочную ванну, а расплавленный металл свариваемых деталей стремится вытечь вниз. Кроме того, газы, выделяемые покрытием электрода, поднимаются вверх и могут остаться в шве, что резко снижает качество сварного соединения. Достаточно сложно качественно проварить корень шва.

Поэтому стараются значительно уменьшить объем сварочной ванны, применять электроды в тугоплавкими покрытиями, которые образуют чехольчик, удерживающий капли электродного металла. При сварке в этом положении применяют электроды малого диаметра (не более 3-4мм), уменьшают сварочный ток на 15-20% по сравнению со сваркой в нижнем положении.

Основным условием получения качественного сварного соединения является поддержание самой короткой дуги путем периодических замыканий электрода с ванной жидкого металла. В момент замыкания капля электродного металла под действием силы поверхностного натяжения втягивается в сварочную ванну. В момент отвода электрода дуга гаснет, и металл шва затвердевает. При необходимости электроду сообщают также колебательное движение поперек шва. Наклон электрода составляет 90-130° к потолочной плоскости, углом вперед.

6 БИЛЕТ

1 вопрос

2 вопрос

7 БИЛЕТ

1 вопрос

№ 2 Классификация сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение двух деталей, выполненное сваркой. Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми, нахлесточными и торцевыми.

Стыковым называется соединение деталей, расположенных на одной плоскости или на одной поверхности. Условные обозначения по стандарту С1-С48.

Достоинства:

• широкий диапазон толщин свариваемых деталей;

• наименьший расход электродного металла на образование соединения;

• надежность и удобство контроля качества соединения.

Недостатки:

• необходимость точной сборки деталей под сварку;

• сложность обработки кромок под сварку профильного металла (уголки,

швеллеры, тавры, двутавры).

Поэтому стыковое соединение получило наибольшее распространение в сварных соединениях.

Угловым называется соединение деталей, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Условные обозначения У 1-УЮ.

Тавровым называется соединение деталей, при котором торец одной детали примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другой детали. Условные обозначения Т1-Т8.

Торцевым называется соединение двух деталей, в котором их боковые поверхности примыкают друг к другу, и свариваются в торце. Условного обозначения по стандарту не имеют.

Нахлёсточным называется соединение деталей, в котором свариваемые детали располагаются параллельно и частично перекрывают друг друга. Условные обозначения Н1-Н9. Достоинства:

• отсутствие скоса кромок под сварку;

• простота сборки соединения (возможность подгонки размеров за счет величины нахлестки).

Недостатки:

• повышенный расход основного металла на перекрытие в соединении (величина нахлестки должна быть не менее трех толщин тонкой детали; максимальная толщина всего соединения - не более 60мм);

• распределение силового потока в соединении является нелинейным, поэтому оно хуже работает при переменных или динамических нагрузках, чем стыковое;

• возможность проникновения влаги в щель между перекрываемыми листами, что вызывает коррозию сварного соединения;

• сложность определения дефектов сварки.

При большой толщине свариваемых деталей в стыковых, угловых и тавровых соединениях на скрепляемых сваркой кромках выполняют разделку, которая обеспечивает возможность полного проплавления кромок, т.е. полного проплавления метала на всю его толщину.