2. Последовательное описание технологии производственных и контрольных операций по дуговой сварке углеродистой стали Ст1 сп
Не могу сказать, что последовательное описание технологии производственных и контрольных операций ручной дуговой сварки углеродистых сталей сложна, но, что и проста, также не могу отметить.
Начну с подготовки поверхности металла под сварку. Заключается она в правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.
Правку металла выполняют на станках или вручную. Листовой или полосовый металл правят на различных листправильных вальцах. Ручную правку металла, как правило, выполняют на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или ручным винтовым прессом. Угловую сталь правят на правильных вальцах (прессах). Двутавры и швеллеры правят на приводных или ручных правильных прессах.
Разметка - это такая операция, которая определяет конфигурацию будущей детали.
Механическую резку применяют для прямолинейного реза листов, иногда и для криволинейного реза листов при использовании для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезаются кислородной и плазменно-дуговой резкой. По механизации эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться кислородно-флюсовая и пламенно-дуговая резка.
Форма подготовки кромок металла под сварку зависит от толщины листов. Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, окалины, влаги и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварочных швах пор, трещин, шлаковых включений, что ведет к снижению прочности и плотности сварного соединения.
Требования к сборке металлических деталей перед сваркой. Применяемые сборочно- сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей, рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также местам прихваток и сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки. Кроме этого, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать наивыгоднейший порядок сборки и сварки:
- наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов;
- свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления;
- безопасность сборочно-сварочных работ.
Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены. Проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.
Сборку сварных конструкций, как правило, осуществляют либо по разметке, либо при помощи шаблонов, упоров, фиксаторов или специальных приспособлений-кондукторов, облегчающих сборочные операции. Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:
- притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;
- кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25-30 мм от торца кромки должны быть высушены, очищены от грата после резки, масла, ржавчины и прочих загрязнений;
- во избежание деформаций прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500мм при длине одной прихватки 50-80мм;
- для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать планки.
Приемы удержания металла при наложении корневого слоя шва. При его выполнении основной трудностью является удержание расплавленного металла в сварочной ванне. Для предупреждения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны применяют стальные, медные, керамические или асбестовые подкладки, устанавливаемые под корень шва; различного рода вставки между стыкуемыми кромками; обходятся без сквозного проплавления с последующей подрубкой и подваркой корня шва с противоположной стороны; флюсовые, флюсомедные и газовые подушки, устанавливаемые под корень шва; при стыковой сварке - соединения «в замок»; специальные электроды, сварка которыми производится сверху вниз; импульсную дугу.
Подкладки позволяют увеличить величину сварочного тока, способствуя сквозному проплавлению свариваемых кромок и обеспечивая при этом
100% -ный провар свариваемых деталей, а также задерживают и не позволяют расплавленному металлу вытекать из сварочной ванны и предупреждают образование прожогов. Для предупреждения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны подкладки должны плотно прилегать к свариваемым кромкам.
Установление различного рода вставок между стыкуемыми кромками способствуют удержанию металла в сварочной ванне и 100%-ному проплавлению кромок в корне шва.
Иногда по заранее продуманной технологии не делают сквозного проплавления свариваемых кромок, а затем с обратной стороны делают канавку пневмозубилом или шлифмашинкой и накладывают подварочный шов, обеспечивая при этом 100%-ный провар свариваемых кромок в корне шва.
Расплавленный металл сварочной ванны в корне шва удерживают применением различных подушек. Флюсовые и флюсо-медные подушки применяют при сварке под флюсом. Газовую подушку используют при ручной дуговой сварке с использованием в качестве поддувочного газа аргона, азота или углекислого газа. Сущность газовой подушки состоит в том, что под расплавленный металл сварочной ванны подается один из выше упомянутых мной газов с избыточным давлением 0,5-2кПА.
Соединение «в замок» за счет металла одной из стыкуемых кромок позволяет избежать прожогов в корне шва.
Выполнение сварных швов в вертикальном положении сверху вниз специальными электродами, в составе которых имеются компоненты, увеличивающие в процессе сварки силу поверхностного натяжения металла, исключает прожоги в корне шва.
Импульсная дуга приводит к кратковременному расплавлению металла, поэтому металл корня шва быстрее охлаждается и кристаллизуется. На оставшуюся порцию расплавленного металла накладывается новая, а так как дуга на некоторый промежуток времени прерывается и новый металл в это время не добавляется, то и не будет прожогов.
Теперь, думаю, будет уместно рассказать об электродах, применяемых при ручной дуговой сварке углеродистых сталей. По назначению, электроды для данного вида сварки: для сварки углеродистых и низколегированных сталей с условным обозначением буквой У. В пункте 1.1 своей работы, я подробно уже описал, какими электродами сваривают углеродистые стали.
Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, при которой обеспечивается устойчивое горение дуги и получение швов заданных размеров, формы и свойств. Параметры режима подразделяют на основные и дополнительные. Основные: диаметр электрода, сила сварочного тока, его род и полярность, напряжение дуги; дополнительные: состав и толщина покрытий, положение шва в пространстве, число проходов.
Диаметр электродов выбирают в зависимости от толщины металла, катета шва, положения шва в пространстве. Примерное соотношение между толщиной металла S и диаметром электрода d при сварке шва в нижнем положении, я привел ниже:
S, мм 1…2 3…5 4…10 12…24 30…60
d, мм 2…3 3…4 4…5 5…6 6 и более
Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы независимо от толщины свариваемого металла выполняют электродами небольшого диаметра(до 4 мм), так как при этом меньше стекание жидкого металла и шлака из сварочной ванны. При сварке многослойных швов для лучшего провара корня шва первый шов сваривают электродом диаметром 3…4мм, а последующие - электродами большего диаметра.
Скорость сварки. С увеличением скорости сварки ширина сварного шва уменьшается, наряду с этим глубина провара увеличивается, что является следствием того, что жидкий металл не успевает подтекать под дугу и толщина его прослойки - мала. При дальнейшем увеличении скорости сварки время теплового действия дуги на металл и глубина провара уменьшается, а при значительной скорости сварки будет даже образовываться несплавление основного металла с металлом шва.
Род тока и полярность устанавливают в зависимости от вида свариваемого металла и его толщины. При сварке постоянным током обратной полярности на электроде выделяется больше теплоты. Исходя из этого, обратную полярность применяют при сварке тонких деталей для предотвращения прожога и при сварке электродами с основным покрытием.
Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется от 20 до 36 В и при расчетах режима не регламентируется.
Ручную дуговую сварку можно проводить во всех пространственных положениях шва, однако предпочтительнее сварка в нижнем положении, как более удобная и обеспечивающая лучшие условия для достижения высокого качества сварного шва.
Опишу сам процесс сварки:
Существует два способа зажигания дуги покрытыми электродами - прямым отрывом и отрывом по кривой. Первый способ называют зажиганием впритык.
Второй напоминает движение при зажигании спички и поэтому его называют чирканьем.
Немедленно после зажигания дуги начинается плавление основного и электродного металлов. На изделии образуется ванна расплавленного металла.
Сварщик должен подавать электрод в дугу со скоростью, равной скорости плавления электрода. Нормальной считают длину дуги, равную 0,5-1,1 диаметра стержня электрода.
Увеличение длины дуги снижает устойчивое ее горение, глубину проплавления основного металла, повышает потери на угар и разбрызгивание электрода, вызывает образование шва с неровной поверхностью и усиливает вредное воздействие окружающей атмосферы на расплавленный металл.
Наклон электрода при сварке зависит от положения сварщика в пространстве, толщины и состава свариваемого металла, диаметра электрода, вида и толщины покрытия.
Для получения плотного и ровного шва при сварке в нижнем положении на горизонтальной плоскости угол наклона электрода должен быть 15° от вертикали в сторону ведения шва.
Для получения валика нужной ширины производят поперечные колебательные движения электрода. Чаще всего применяют швы шириной от 1,5 до 4 диаметров электрода, полученные с помощью поперечных колебательных движений электрода.
Почему нижнее положение удобно? Ответ прост: капли электродного металла легко переходят в сварочную ванну под действием собственного веса, и жидкий металл не вытекает из нее. Кроме того, легко наблюдать за процессом формирования шва. В процессе сварки электрод наклоняют по направлению сварки на угол 10…20 градусов.
Для образования сварного шва электроду придается сложное движение в 3 направлениях. Первое движение - это поступательное движение электрода по направлению его оси. Оно производится со скоростью плавления электрода и обеспечивает поддержание определенной длины дуги. Второе движение электрода направлено вдоль оси шва и производится со скоростью сварки. В результате этих двух движений образуется узкий, шириной не более 1,5 диаметра электрода, так называемый ниточный шов. Такой шов применяется при сварке тонкого металла, а также при выполнении корня шва при многослойной (многопроходной) сварке. Третье движение - это колебание конца электрода поперек оси шва, которое необходимо для образования валика определенной ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Колебательные движения электрода поперек оси шва могут быть различными и определяются формой, размером и положением шва в пространстве.
При горении дуги в жидком металле образуется кратер, являющийся местом скопления неметаллических включений, что может привести к возникновению трещин. Поэтому в случае обрыва дуги (а также при смене электрода) повторное зажигание ее следует производить впереди кратера, а затем переместить электрод назад, переплавить застывший металл кратера и только после этого продолжить процесс сварки. Сварщик должен внимательно следить за расплавлением кромок деталей и торца электрода, проплавлением корня шва и не допускать затекания жидкого металла впереди дуги.
Заканчивают сварку заваркой кратера. Для этого или держат неподвижно электрод до естественного обрыва дуги, или быстро укорачивают дугу вплоть до частых коротких замыканий, после чего ее резко обрывают.
В работе, я употребляю различные термины. Более точное описание приведу ниже.
Сварное соединение - неразъемное соединение нескольких деталей, выполненное сваркой.
Сварная конструкция - металлическая конструкция, изготовленная сваркой из отдельных деталей.
Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны.
Сварочная ванна - часть металла сварного шва, находящаяся в момент сварки в расплавленном соединении.
Кратер - углубление, образующееся в сварочной ванне под действием дуги.
Основной металл - металл соединяемых частей, подвергающихся сварке.
Присадочный материал - металл, предназначенный для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному.
Плавленый металл - сплав, образованный переплавленным основным или переплавленным основным и наплавленным металлами.
Свариваемые кромки - торцевые поверхности металла, подлежащие нагреву и расплавлению при сварке.
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.
Ожогами называют небольшие участки подвергшегося расплавлению металла наосновном 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.