книги из ГПНТБ / Курдюмов, В. Я. Ремонт строительных машин методами сварки и наплавки

лучения плавного перехода от одного элемента к дру­ гому.

Соединения угловые, тавровые и внахлестку свари­ вают так называемыми угловыми (валиковыми) швами. Катет валиковых швов обычно равен толщине более тонкого свариваемого элемента (рис. 10).

При определении катета k в швах за расчетный при­ нимается меньший катет вписанного в сечение шва тре­ угольника (рис. 10, а), в валиковых швах (рис. 10, б и в ) — катет вписанного равнобедренного треугольника. При­ ращение катета m—k при любом положении шва допу­ скается до 3 мм.

двустороннем скосе вертикального листа между верти­

же при статических нагрузках. Соединения со скосом кромок обладают высокой прочностью под действием любых нагрузок.

Угловые соединения с односторонним швом облада­ ют достаточной прочностью на срез. Однако применять их при переменных и ударных нагрузках, а также в слу­ чаях, когда вершина шва может оказаться в растянутой зоне при изгибе, не рекомендуется. Угловые соединения с двусторонними швами обладают высокой прочностью при статических нагрузках, а также относительно высо­

грузок меньше прочности стыковых соединений с пол­ ным проваром сечения. Площадь наплавленного металла швов соединений внахлестку больше площади стыковых швов, но подготовка под сварку и сварка их более про-

71

сты. Перекрытие (нахлестка) требует большего расхода основного металла. Соединения внахлестку не рацио­ нальны при толщине металла свыше 20—25 мм.

Разновидность соединения внахлестку — соединения прорезные и электрозаклепками. Прорезные соединения закрытого или открытого типа применяют, когда длина нормального шва внахлестку не обеспечивает достаточ­

выполнение соединений внахлестку (например, при кре­ плении металлического настила к балкам). При помощи электрозаклепок получают прочные, но не плотные сое­ динения, хорошо работающие на срез, однако при пе­ ременных и ударных нагрузках их использовать не ре­ комендуется.

72

называются усиленными. Нормальные швы по сечению соответствуют расчетным данным и приняты как основ­ ной вид сварного шва. Вогнутые швы называют также ослабленными. В сварных конструкциях, работающих при знакопеременных нагрузках, применяют вогнутые швы, так как большая выпуклость вызывает концентра­ цию напряжений в местах резкого перехода от шва к поверхности основного металла. Вогнутые швы, как правило, применяют и в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях. Вогнутость швов в стыковых соеди­ нениях — браковочный признак.

При сварке тонкопокрытыми электродами получают­ ся швы с большим усилением, толстопокрытыми — нор­ мальные вследствие большой жидкотекучести расплав­ ленного металла. Вогнутость швов достигается регули­ ровкой режима сварки или специальной механической обработкой.

Относительно действующего усилия фланговые швы

положенные на плоскости, наклоненной на 60—120° к го­ ризонту, называются вертикальными. При расположе­ нии на плоскости, наклоненной на 120—180°, швы счи­ таются потолочными. Горизонтальными швами называ­ ют стыковые швы, расположенные горизонтально на вер­ тикальной плоскости.

Соединения, не требующие герметичности и большой прочности, тавровые и внахлестку, сваривают прерыви­ стыми швами для экономии расхода материалов, элек­ троэнергии, трудовых затрат. Прерывистые швы могут располагаться в виде цепочки или в шахматном поряд­ ке, поэтому их называют цепными, или шахматными. Длина свариваемых участков соединения и просветов между прерывистыми швами должна соответствовать чертежу. Обычно длина отдельных участков прерыви­ стого шва составляет от 50 до 150 мм; расстояние меж-

73

ду ними называют шагом прерывистого шва; шаг дол­ жен быть в 1,5—2,5 раза больше длины участка.

Сплошные швы в зависимости от протяженности разделяют на короткие длиной 250—300 мм, средние — 300—1000 мм и длинные — от 1000 мм.

3. СВАРИВАЕМОСТЬ СТАЛЕЙ

Свариваемость — одно из основных технологических свойств сталей, применяемых для ремонта и изготовле­ ния металлических конструкций и деталей механизмов строительных машин.

Под свариваемостью понимают способность стали образовывать при сварке неразъемное соединение без пор, трещин и прочих дефектов, надежно работающее при заданных режимах эксплуатации.

Свариваемость стали целиком зависит от ее химиче­ ского состава.

Один из наиболее важных элементов в составе ста­ ли, определяющий многие ее свойства, в том числе и свариваемость, — углерод. Содержание его до 0,25% не влияет на свариваемость стали, поэтому все низко­ углеродистые стали обладают хорошей свариваемостью. Содержание углерода выше 0,25% значительно ухуд­ шает свариваемость, в околошовной зоне и в металле шва могут появляться закалочные структуры и трещи­ ны. Высокоуглеродистые стали следует сваривать, при­ меняя специальные технологические приемы.

М а р г а н е ц при обычном содержании его в стали 0,3—0,8% на свариваемость не влияет. Однако в про­ цессе сварки марганцовистых сталей (1,8—2,5% марган­

жидкотекучести кремнистой стали и образования туго­

74

кие окислы. В соединении с углеродом образуются кар­ биды хрома, снижающие коррозионную стойкость стали и резко повышающие твердость в околошовной зоне. Хром также способствует возникновению закалочных структур.

Н и к е л ь способствует измельчению зерна, повы­ шению пластичности и прочности стали, не ухудшая ее

зованию трещин при обычной температуре. Сера и фос­ фор ухудшают свариваемость стали. Содержание каж­ дого из этих элементов не должно превышать 0,05%.

По свариваемости все стали условно разделяют на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетвори­ тельно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся и плохо сваривающиеся.

Хорошо сваривающиеся стали. К этой группе отно­ сятся стали, которые свариваются любыми способами, в любых температурных условиях по обычной техноло­ гии, т. е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Сварка этих ста­ лей возможна также при любых толщинах металлов, конфигурации и жесткости конструкции.

Удовлетворительно сваривающиеся стали. Сварка этих сталей по обычной технологии может проводиться только в нормальных производственных условиях, т. е. при плюсовых температурах (не ниже 5°С), отсутствии ветра, в местах, защищенных от атмосферных осадков. В таких условиях эти стали свариваются без образова­ ния трещин.

При низких температурах, а также сварку металла больших толщин и жестких узлов надо проводить с пред­ варительным подогревом до температуры 100—150° С.

Ограниченно сваривающиеся стали. Эти стали при сварке в обычных условиях склонны к образованию тре­ щин. Перед сваркой их необходимо подогревать до тем­

после сварки.

75

Плохо сваривающиеся стали. К этой группе относятся стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склон­ ные к образованию трещин. Эти стали сваривают спе­ циальными технологическими приемами, разрабатывае­ мыми для данной марки стали, с подогревом, предва­ рительной и последующей термической обработкой. Ка­ чество сварных соединений пониженное.

4. ВЫБОР РЕЖИМА И ТЕХНИКА РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Качество выполнения сварных швов в значительной степени зависит от режима сварки.

Режимом сварки называют совокупность основных факторов, которые обеспечивают получение сварных швов заданных размеров и форм при минимальных за­ тратах материалов, электроэнергии и труда. Эти фак­ торы принято называть элементами режима сварки. При ручной электродуговой сварке основные элементы ре­

электрода для сварки стыковых швов в нижнем поло­ жении в зависимости от толщины стали:

При сварке соединений валиковымн швами прини­

76

При многослойной сварке первый слой обычно сва­ ривают электродом диаметром не более 4 мм для хоро­ шего провара корня основания шва.

Вертикальные швы рекомендуется сваривать элек­ тродами диаметром не более 5 мм, а потолочные — не более 4 мм, независимо от толщины свариваемого ме­ талла. Прерывистые швы сваривают электродами диа­ метром не более 5 мм.

Величина сварочного тока подбирается в зависимо­ сти от диаметра электрода и положения шва в прост­ ранстве. Обычно она указывается на заводской этикет­ ке, наклеенной на пачке электродов. Величину свароч­ ного тока можно установить по формуле

Принято считать, что при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей толстопокрытыми электро­ дами диаметром 3—6 мм коэффициент К равен 40—60 А/мм.

Определенную таким образом величину сварочного тока проверяют практическим путем, наплавляя на пла­

так как при этом снижаются производительность и ка­ чество сварки. Однако увеличение тока может вызвать перегрев электрода во время сварки. В этом случае ме­

провару в случае попадания жидкого электродного ме­ талла на нерасплавленный основной металл. Перегрев электродов, в состав покрытия которых входят органи­ ческие газозащитные вещества (древесные опилки, крах­ мал, мука и др.), недопустим потому, что вещества по­ крытия могут бесполезно сгорать, не доходя до зоны

77

сварки, в результате чего ухудшается качество шва (образуются поры).

Тип и марку электродов выбирают в зависимости от требуемой прочности или специальных свойств шва.

Напряжение на дуге при ручной электродуговой сварке изменяется в пределах 18—30 В и зависит в ос­ новном от длины дуги. Сварку следует выполнять воз­ можно более короткой дугой (2—3 мм), напряжение которой составляет 18—20 в. Ориентировочно принято считать, что длина дуги должна быть равна диаметру электрода.

Род и полярность тока выбирают в зависимости от толщины металла, марки свариваемой стали и марки электродного покрытия. Тонкий металл и высоколегиро­ ванные стали сваривают на постоянном токе обратной полярности. Электроды с покрытием типа УОНИ ис­ пользуют для сварки сталей также на постоянном токе обратной полярности.

Для сварки углеродистых и низколегированных ста­ лей средней и большой толщины широко используется переменный ток, что позволяет снизить затраты на сва­ рочное оборудование и расход электроэнергии по срав­ нению со сваркой на постоянном токе.

Скорость ручной электродуговой сварки устанавли­ вает сварщик. Легированные стали во избежание пере­ грева сваривают на больших скоростях, чем обычные

снижается. Уменьшение диаметра электрода без изме­ нения величины сварочного тока приводит к увеличению глубины провара, и наоборот.

Глубина провара при сварке на переменном токе на 15—20% меньше, чем на постоянном токе обратной полярности. Провар снижается из-за изменения поляр­ ности, что приводит к уменьшению выделения теплоты на основном металле в тот период, когда основной ме­ талл служит анодом.

При сварке на постоянном токе прямой полярности ширина шва меньше, чем при сварке на постоянном то-

78

ке обратной полярности, а также по сравнению со свар­ кой на переменном токе.

Напряжение на дуге при ручной сварке на глубину провара значительного влияния не оказывает, тогда как ширина шва существенно зависит от него. С увеличе­ нием напряжения дуги ширина шва увеличивается, с по­ нижением — уменьшается.

Величина поперечного колебания электрода позволя­ ет изменять глубину провара и ширину шва. С увели­ чением амплитуды колебания электрода снижается глу­ бина проплавления и увеличивается ширина шва, что

скользящим движением конца электрода с кратковре­ менным касанием изделия (рис. 12,6). Первый способ обычно называют зажиганием «впритык», второй — за­ жиганием «спичкой». После касания электродом изде­ лия и отрыва его от изделия на 2—4 мм возбуждается электрическая дуга, длину которой поддерживают по­ стоянной во время сварки, постепенно опуская электрод по мере его расплавления. Длина дуги должна быть возможно меньше: короткая дуга горит устойчиво и спо­ койно, обеспечивая получение шва высокого качества, так как расплавленный металл электрода быстро про­ ходит дуговой промежуток и меньше подвергается оки­ слению и азотированию. Длинная дуга не обеспечивает достаточной глубины проплавления основного металла,

окислов. При сварке электродами с фтористо-кальцие­

плавления электрода, чтобы не изменялась длина дуги. Движение / / направлено вдоль оси шва. Скорость его

79

скорости основной металл не успевает проплавляться, поэтому может образоваться непровар, малая скорость перемещения электрода способствует перегреву и про­ жогу (сквозное проплавление) металла, снижает каче­ ство и производительность сварки. Правильно выбран­

ная скорость перемещения электрода вдоль оси шва

обеспечивает требуемую форму и хорошее качество его. Ширина шва при этом получается на 2—3 мм больше диаметра электрода. Такой шов называется ниточным, его применяют при сварке металла небольшой толщины, при наложении первого слоя в многослойном шве, при

замедляют остывание наплавленного металла, облегча­ ют выход газов и шлаков, способствуют лучшему про­ греву кромок и получению высококачественного шва. Поперечные движения электроду сообщают с постоян­ ной частотой и амплитудой, совмещая с поступатель­ ным движением электрода вдоль оси шва и оси электро­ да. Траектории колебательных движений электрода мо­ гут быть различными и определяются формой, размера-

80