7 Расход сварочных материалов

7.1 Расход сварочных материалов при ручной дуговой сварке

При ручной дуговой сварке расход электродов можно определить по формуле [6]:

(47)

где К_р – коэффициент расхода электродов на один килограмм наплавленного металла. Для электродов ОЗС – 3 он равен, К_р = 1,45.

Gэ – масса электродов;

G_н – масса наплавленного металла, которую определим по формуле:

G_н = F_н l_ш γ, (48)

где F_н – площадь наплавленного металла; F_н = 2,2см² ;

l_ш – длина шва; l_ш = 130 см;

γ – плотность металла; γ=7,8 г/см³.

Таким образом,

7.2 Расход сварочных материалов при сварки под слоем флюса

Расход электродной проволоки при автоматической сварке под флюсом, определим по формуле [6]:

(49)

где G_эп- масса электродной проволоки;

К_п=1– коэффициент, учитывающий неизбежные потери электродной проволоки при наладке оборудования, не использование концов проволоки в бухте.

G_н – масса наплавленного металла;

Тогда масса электродной проволоки равна:

Расход флюса определяется опытным путем. Для ориентировочных расчетов расход флюса может быть принят 1.2÷1.4 от массы расходуемой электродной проволоки.

(50)

8 Технология сборки и сварки конструкции

Для получения заготовки, подлежащей сборке, необходимо выполнять ряд операций. Предварительно, прокат, из которого будет изготовлена деталь, подвергают правке и зачистке с целью устранения загрязнений и неровностей, образовавшихся при прокатке, транспортировке и хранении металла. Правку листового материала осуществляют в правильных станах, зачистку – в дробеметной установке. Затем выполняют разметку (наметку) деталей мелом или чертилкой по заданным размерам или по шаблону. Резку производят на ножницах или газокислородной резкой. В некоторых случаях, для удаления наклепанного металла, образовавшегося по кромкам при резке на ножницах, для устранения неровностей, характерных для ручной газовой резки, кромки подвергают механической обработке на кромкострогальных станках.

Непосредственно перед сборкой кромки и прилегающие к ним участки на ширину 20 мм при ручной или механизированной дуговой сварке и не менее 50 мм при автоматической сварке, а также места примыкания начальных и выводных планок должны быть тщательно зачищены от окалины, грязи, краски, масла, ржавчины, влаги, снега и льда.

Сварке всегда предшествует сборка конструкции, т.е. установление и фиксация деталей в предусмотренном проектом положении. Она должна обеспечивать возможность качественной сварки конструкции. Для этого необходимо выдержать заданный зазор между соединяемыми деталями, установить детали в проектное положение и закрепить между собой так, чтобы взаиморасположение деталей не нарушилось в процессе сварки и кантовки, а если необходимо, - и транспортировки. Должен быть обеспечен свободный доступ к месту сварки. В подавляющем большинстве случаев, взаимное расположение деталей перед дуговой сваркой фиксируется при помощи коротких отрезков швов, называемых прихватками. Длина каждой прихватки должна быть равна 4…5 толщинам соединяемых деталей, но не менее 50мм и не более 500мм. Чем меньше толщина свариваемых деталей, тем меньше расстояние между прихватками. Прихватки должны выполняться теми же сварочными материалами, которые будут применяться для сварки основных швов. Прихватки должны быть полностью перекрыты и по возможности переварены при наложении основного шва.

Прихватки выполняются на режимах, рекомендованных для сварки таких швов. Прихватки должны быть зачищены от шлака. К качеству прихваток предъявляются такие же требования, как и к основному сварному шву. Прихватки, имеющие недопустимые дефекты, следует удалять механическим способом. По рекомендациям РД 34.15.132-96, для используемых нами материалов длина прихваток должна быть не менее 50 мм. Высота прихватки должна составлять 0,3—0,5 высоты будущего шва, но не менее 3 мм.

Так как длина выполняемого шва 1,3м, то сварку следует вести обратно ступенчатым способом.

Обратноступенчатый способ состоит в том, что длинный предлагаемый к исполнению шов делят на сравнительно короткие ступени [3]. Такое выполнение шва по длине и сечению обеспечивает наиболее равномерное распределение температур, что значительно уменьшит общие остаточные деформации свариваемого изделия.

Технология сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей под слоем флюса состоит в следующим. Режимы сварки зависят от конструкции соединения, типа шва и техники сварки. Свойство Ме околошовной зоны зависят от термического цикла сварки. При сварке угловых однослойных швов и стыковых и угловых швов на толстолистовой стали типа Ст3 на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне возможно образование закалочных структур с пониженной пластичностью. Предупредить это можно увеличением сечения швов или применением двухдуговой сварки. В зависимости от условий сварки и охлаждения свойства сварных соединений на низкоуглеродистых и низколегированных сталях изменяются в широких пределах.

9 Деформация и напряжение при сварке

В результате местного нагрева металла, обусловленного воздействием концентрированного источника теплоты, в сварной конструкции возникают временные и остаточные напряжения. Временные сварочные напряжения наблюдаются только в определенный момент сварки в процессе изменения температуры. Напряжения, существующие после окончания сварки конструкции и полного ее остывания, называют остаточными сварочными напряжениями. Они возникают в результате затруднений расширения и сжатия металла при его нагреве и остывании.

Затрудненность расширения и сжатия металла обусловлена тем, что нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не претерпевают никаких изменений. Реактивные остаточные напряжения возникают в связи с дополнительным закреплением свариваемых деталей, также препятствующим нормальному протеканию процессов расширения и сжатия. Структурные напряжения возникают в конструкции вследствие структурных превращений участков металла околошовной зоны, нагретых в процессе сварки до температуры выше критических точек.

Возникающие при сварке деформации разделяют на временные, существующие только во времени сварки конструкции, и остаточные, остающиеся после завершения сварки и остывания конструкции. Важное значение для практики имеют остаточные сварочные деформации. В зависимости от характера и формы, размеров свариваемых деталей различают деформацию в плоскости и деформацию из плоскости соединяемых элементов. Величина и характер остаточных деформаций в значительной степени определяют толщиной и свойствами основного металла, режимом сварки, последовательностью наложения швов, конструктивными формами свариваемых деталей и формой шва. Изменение размеров и формы сварной конструкции в некоторых случаях снижает ее работоспособность и портит ее внешний вид. Если остаточные деформации достигают заметной величины то они могут привести к неисправимому браку. При разработке, технологии сборки и сварки конструкции из данной стали следует учитывать необходимость снижения остаточных деформаций до величины, при которой они не отражаются на работоспособности и внешнем виде конструкции и не затрудняют сварку отдельных элементов.

Сварочные напряжения могут быть сняты почти полностью, если в шве и около шовной зоне создать дополнительные пластические деформации. Это достигается проковкой швов. Проковку производят в процессе остывания металла при температурах 450⁰ С и выше либо от 150⁰ С и ниже. В интервале температур 400-200⁰ С в связи с пониженной пластичностью металла при ее проковке возможно образование надрывов. Удары наносят вручную молотком массой 0,6-1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием. Проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от ударов могут образоваться трещины. Этот прием применяют для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях. Проковка сварного соединения также способствует повышению усталостной прочности конструкции.

Для уменьшения внутренних напряжений, также применяют соответствующий порядок наложения швов, сварку незакрепленных элементов и др. При сварке сталей больших толщин применяют иногда предварительный подогрев.

Порядок заполнения швов имеет большое значение для уменьшения остаточных напряжений и деформаций. Под порядком заполнения швов понимается как порядок заполнения разделки шва по поперечному сечению, так и последовательность сварки по длине шва.

По длине швы могут выполняться «на проход», когда сварка производится от начала шва до его конца. Таким способом свариваются швы длиной не выше 250—300мм. Швы большей протяженности (до 1000 мм) свариваются обычно от середины к концам или обратноступенчатым методом. Швы длиннее 1000мм свариваются обратноступенчатым методом.

При обратноступенчатом методе весь шов разбивается на небольшие участки по 150—200мм, и сварка на каждом участке производится в направлении, обратном общему направлению сварки.

Для устранения деформаций и напряжений, которые образуются после сварки, предусмотрен ряд мероприятий. Это мероприятия до сварки, во время сварки и после сварки.

К мероприятиям, используемым до сварки, относятся:

- рациональное конструирование;

- сборка заготовок и назначение их размеров с учётом последующих деформаций и перемещений;

- создание деформаций и перемещений обратных сварочным;

- создание напряжений растяжения в зоне сварного соединения.

К мероприятиям, используемым во время сварки, относятся:

- рациональная последовательность сборочно-сварочных операций;

- снижение погонной энергии сварки;

- уменьшение площади зоны пластических деформаций путём искусственного охлаждения металла в процессе сварки;

- закрепление изделий в приспособлениях.

- создание непосредственно вслед за сваркой пластических деформаций удлинения металла путём его проковки.

К мероприятиям, используемым после сварки, относятся:

- создание пластических деформаций удлинения в зоне сварного соединения с целью получения перемещений, противоположных по знаку сварочным;

- создание пластических деформаций укорочения путём местного нагрева тех зон, усадка которых приводит к устранению нежелательных остаточных перемещений, вызванных сваркой.