книги из ГПНТБ / Безбах, Д. К. Сварка на открытых площадках в судостроении и судоремонте

турой. Повышенная температура не влияет практически на процесс сварки, но отрицательно действует на организм сварщика, вследствие чего снижается производительность труда. В летние жаркие дни положительным фактором является облачность, и в этом отношении дальневосточная климатическая зона (рис. 3, б) обладает более предпочтительным годовым ходом этого метеорологического эле­ мента. Пониженная температура, кроме отрицательного воздействия на сварщика, снижает стойкость сварных соединений против трещинообразования.

Рис. 3. Годовой ход температуры (а) и облачность (б) для южной (/), дальне­ восточной (2), северо-западной (3) и центральной (4) зон.

На территории СССР абсолютные максимумы температур в тече­ ние года составляют 30—50° С, а абсолютные минимумы находятся

впределах от —8 до —68° С. Суточный ход температуры резко выражен в ясную погоду, когда разница дневной и ночной темпера­ туры достигает 10— 15° С.

Влажность воздуха и осадки. Сварочные материалы (электроды, флюсы) после длительного пребывания на воздухе становятся не­ пригодными для сварки и требуют дополнительной просушки. Электродная проволока, свариваемые металлоконструкции, оснастка

иоборудование при недостаточной защите от влаги покрываются слоем ржавчины.

Ввоздухе всегда содержится определенное количество водяного пара. Масса водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, назы­ вается абсолютной влажностью. Абсолютную влажность измеряют

вединицах плотности, обычно в г/м3. Чем выше температура, тем

большее количество водяного пара может содержаться в единице объема воздуха (табл. 3).

10

О количестве водяного пара в единице объема воздуха можно судить также по парциальному давлению (по упругости). Упругость водяного пара связана с абсолютной влажностью m/V (т — масса

при этом появляется туман, выпадает роса. Точка росы характери­ зует влажность воздуха; с ее помощью по специальным таблицам определяется парциальное давление водяного пара. О том, насколько

парциального давления (упругости) водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре. Относительная влажность выражается в про­ центах. При точке росы относительная влажность всегда равна 100%. Наиболее благоприятна для человека влажность 60—70%.

Скорость увлажнения сварочных материалов пропорциональна относительной влажности. При сварке водяной пар воздуха может непосредственно попадать в область дуги и распадаться там на составляющие элементы, в результате чего выделяющийся водород будет проникать в наплавленный металл, снижая его механические свойства. В этом случае степень насыщения металла водородом будет определяться абсолютной влажностью. При относительной влаж­

11

ности, близкой к 100%, возможно появление р о с ы . Вследствие теплоотдачи излучением металлоконструкция и другие предметы охлаждаются в ночное время ниже температуры воздуха, при этом водяной пар в соприкасающемся с поверхностью металла слое воздуха становится насыщенным и часть его конденсируется в виде росы. Осадки в виде росы обычно не превышают 0,3 мм, однако метал­ локонструкции перед сваркой необходимо просушивать, иначе на их поверхности может появиться налет ржавчины.

Годовой ход относительной влажности воздуха для характер­ ных климатических зон приведен на рис. 4, а. Суточный ход отно-

а)

сительной влажности имеет максимум иочыо и минимум днем, причем в пасмурную погоду различие в них очень незначительное. Повы­ шение влажности обычно связано с осадками. На территории

СССР повторяемость дней с осадками убывает с севера на юг и с за­ пада на восток. Наибольшее количество осадков для всех климати­ ческих зон наблюдается в безморозный период (рис. 4, б)- Число дней с осадками для некоторых городов, расположенных в характер­ ных для судостроения климатических зонах, составляет: для Москвы—

кроме росы, которая выпадает ночью и утром.

Ледяной покров. В зимний период свариваемые конструкции,

покровом, пушистыми налетами инея, гололедицей, изморозью и т. д. Наиболее распространенными и неблагоприятными видами ледяного покрова являются гололедица и изморозь.

12

Применительно к сварочному производству все виды ледяного покрова удобно разделить на две группы:

1) легкоудаляемые: снежный покров, иней и кристаллическая изморозь;

2) трудноудаляемые: зернистая изморозь и гололедица.

на горизонтальных и наклонных поверхностях металлоконструкций и сооружений. Вертикальные и потолочные свариваемые соедине­ ния обычно бывают свободными от снега. При сварке в морозную погоду неудаленный смежный покров вблизи сварочной дуги оттаи­ вает и при остывании изделия превращается в трудноудаляемый слой льда.

И н е й, являющийся результатом непосредственного перехода пара в сублимационные кристаллы, возникает на предметах, сильно излучающих тепло и имеющих шероховатую поверхность. Иней покрывает предметы со всех сторон, однако на горизонтальных поверхностях его слой всегда толще. При наличии наветренного

.источника влажности (незамерзшей реки, акватории завода, жилых домов, паропроводов с утечкой пара) иней в большей мере откла­ дывается с наветренной стороны. Ветер при скорости свыше 5— 7 м/с

ствие насыщения воздуха водяным паром при отрицательной температуре; отличается от инея лишь формой кристаллов. Она пушиста, легко удаляется даже от дуновения ветра, покрывает предметы со всех сторон. Изморозь также может образовываться на массивных предметах (толстых листах, отливках, бетонных плитах) при резком повышении температуры воздуха.

З е р н и с т а я и з м о р о з ь — это твердый, трудноудаляе­ мый налет льда, образующийся вследствие намерзания капелек тумана при разности температур у предметов и воздуха. Покрывая предметы, слой льда изолирует их, вследствие чего его нарастание прекращается при достижении толщины примерно 2 мм. В отличие от зернистой изморози, иней и кристаллическая изморозь, при сохра­ нении погодных условий, могут нарастать до значительных размеров.

Г о л о л е д и ц а образуется вследствие намерзания капель дождя, брызг, росы. Брызговое обледенение бывает очень обильным. Так, в районе Новороссийска при брызговом обледенении слой льда достигает толщины 1 м и более.

Ледяной покров, каким бы он ни был,— весьма неблагоприятный фактор при сборке и сварке металлоконструкций, при выполнении достроечных и других работ.

Ветер. Одним из основных факторов, сопровождающих сварку на открытых площадках во все времена года, является ветер. Влия­ ние ветра на процесс сварки изучено в меньшей степени, чем, напри­ мер, пониженной температуры и влажности воздуха [3, 23, 75, 79 и др.]. Причиной ветра является неравномерный нагрев земной

13

поверхности солнцем. Изменение температуры воздуха приводит к изменению его плотности, что в свою очередь вызывает перепад давления во времени и в пространстве. Перепад давления на 100 Па вызывает ветер скоростью около 4 м/с.

Воздух находится в непрерывном движении. Скорость частиц колеблется в широких пределах— от значений, близких к нулю, до скорости звука. В процессе сварки воздушное течение смещает сварочную дугу, удаляет из области дуги защитные газы и пары, вследствие чего расплавленный металл поглощает азот, кислород и водород воздуха, при этом формирование сварного шва ухудша­ ется, а его механические свойства снижаются.

Под ветром обычно подразумевают горизонтальную составляю­ щую воздушного потока, однако иногда понятие «ветер» расширяют, включая в него и вертикальную составляющую. Вблизи металло­ конструкций ветер дует обычно параллельно плоскости полотнищ, полок набора и т. п. Поэтому в дальнейшем под словом «ветер» будем понимать движение воздуха параллельно плоскости металло­

Ветер характеризуется скоростью воздушного потока и его направлением. Под скоростью понимается число метров, которое проходит соответствующий макрообъем воздуха за единицу времени в рассматриваемом направлении. Скорость ветра измеряется в м/с,

* Наибольший балл шкалы Бофорта («17») соответствует скорости ветра 58,6 м/с.

14

ных в основу специальной шкалы Бофорта, принятой в 1946 г. Международной метеорологической комиссией (табл. 4). В соот­ ветствии с указанной шкалой при отсутствии специальных приборов скорость ветра может быть приблизительно оценена по объективным признакам, т. е. по воздействию ветра на окружающие предметы.

1 — попутный; 2 — боковой; 3 — встречный.

Для обозначения направления ветра используется 16-румбовая система либо указывается угол, который составляет вектор скорости

устойчивом ветре изменение носит характер кратковременных импуль­ сов с колебаниями около постоянного среднего значения, а при шквалистом, помимо кратковременных, длящихся несколько секунд импульсов, происходит существенное изменение осредненной за несколько минут скорости. Устойчивый ветер отличается от шква­ листого также к о э ф ф и ц и е н т о м п о р ы в и с т о с т и, т. е.

15

пых в степной зоне с преобладанием сухой погоды. В этом районе ветер может меняться от штормового днем до полного штиля ночью.

где зимой, наоборот, очень много штилей. На большинстве терри­ тории СССР ветры начинают усиливаться с октября, а спадать — с марта на севере и с апреля налоге. Самые большие среднегодовые скорости ветра (5—6 м/с) наблюдаются на берегах морей. В глубь континента средняя скорость ветра убывает, составляя в средней

Среднегодовая скорость ветра для характерных центров судо­ строения и судоремонта составляет (м/с):

У преград, какими являются здания, свариваемые металлокон­ струкции и т. п., ветер заметно усиливается и состоит из последо­ вательной смены порывов и затишья, изменяясь по направлению. Эти особенности ветра необходимо учитывать пои организации защиты мест сварки.

2 Д . К. Безбах

Глава II

ВЛИЯНИЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ ПОГОДЫ НА ПРОЦЕСС СВАРКИ

§ 3. Особенности тепловых процессов

В настоящем параграфе помещены сведения, позволяющие отве­ тить на вопрос о возможности применения известных формул, при­ веденных в работах Н. Н. Рыкалииа [44], Б. Е. Патона и др., для сварки на открытых площадках.

Формулы нагрева и их анализ. Для удобства анализа уравнение теплового баланса нагрева н расплавления электродного материала

SK— теплосодержание капель металла в момент отрыва, Дж/кг; 5 Н. т — теплосодержание металла электродной проволоки в ре­

зультате нагрева током, Дж/кг; 5„ — начальное теплосодержание, необходимое для подо­

грева электродной проволоки до нормальной темпера­ туры, Дж/кг;

т|э — доля мощности дуги, расходуемая на плавление и пере­ грев электродного металла (эффективный к. п. д. про­

Величину а р называют коэффициентом расплавления электродного материала. Из уравнения (4) следует, что для ускорения плавления электродного материала необходимо увеличивать коэффициент рас­ плавления и сварочный ток. На сср влияют величины т]э, 5 К, S„.T и 5 Н. Напряжение дуги практически це изменяет ар, так как с ростом

18

ил уменьшается т|э таким образом, что произведение г|э//д остаётся неизменным. Значение г|э можно повысить, защищая дугу от воздей­ ствия ветра или применяя, например, в качестве электрода трубча­ тую проволоку вместо монолитной (разнесенное сечение лучше поглощает тепло дуги). Однако резервы увеличения не превышают 15—20%. Ограничено также увеличение ар за счет уменьшения 5 К. Теплосодержание капель можно снизить введением в сердечник

ные данные).

Из рисунка видно, что с помощью максимального нагрева электрод­ ной проволоки коэффициент расплавления можно повысить при­

в процессе сварки при пониженной температуре, снижает ар. Так, при Т = —30° С а р примерно на 3% ниже, чем при Т = + 20° С.

Из уравнения теплового баланса нагрева и расплавления основ­ ного металла, которое аналогично уравнению (3), можно определить