Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Специальные методы сварки плавлением в электронике. Учебное пособие для бакалавров

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
При осуществлении ручной сварки в зоне перегрева ста­лей с повышенным содержанием углерода образуется круп­нозернистая структура, довольно серьезно снижающая плас­тичность металла и увеличивающая его хрупкость, ударная вязкость при этом снижается на 25% и более. Участ о к нор- мализации охватывает собой металл, нагреваемый в процессе сварки от температуры несколько выше линии критических превращений до температуры ниже 1000 ºС. На этом участке происходит образование мелкозернистой вторичной структу­ры. Механические свойства металла на участке нормализации, как правило, выше свойств основного металла в его исходном состоянии.
Участок неполной перекристаллизации для низкоуг­леродистой стали характеризуется температурным диапазо­ном 725–850 ºC: металл на этом участке подвергается только частичной перекристаллизации. При этом наряду с зернами, образовавшимися в результате перекристаллизации, при­сутствуют зерна исходного металла.
Участок кристаллизации наблюдается при сварке стали, подвергшейся пластической деформации (прокату). На этом участке в интервале температур 450–700
о
С наблюдается некоторое измельчение зерен, что не изменяет механических свойств ЗТВ металла.
Участ о к син е ломкости охватывает собой температур­ный диапазон от 200 до 400 ºC. На участке синеломкости на­блюдаются синие цвета побежалости на поверхности металла. При сварке низкоуглеродистых сталей на этом участке на­блюдается резкое падение ударной вязкости из-за снижения пластичности, но происходит это в тех случаях, когда в сталях содержатся кислород, азот и водород в несколько избыточном количестве.
Размеры отдельных участков ЗТВ и ее общая ширина
15
зависят от условий нагрева и охлаждения
.
15
Костенко Е. М. Указ. соч. — С. 98.
41
Контрольные вопросы
1. Расскажите о формировании и структуре шва в момент
перехода металла из жидкого состояния в твердое.
2. Чем вызвано направление роста кристаллов в процессе
охлаждения?
3. Каково влияние скорости охлаждения на структуру шва?
4. Каково влияние химического состава на структуру шва?
5. Что такое зона термического влияния и ее основные учас-
тки?
6. Дайте краткую характеристику участков зоны терми-
ческого влияния.
1.3.7. Старение и коррозия металла сварных соединений
Старением металла называют процесс изменения струк­туры и, как следствие, механических свойств металла со вре­менем. Он проявляется в повышении твердости и хрупкости металла. Если процесс старения происходит при комнатной температуре, он называется естественным старением, при нагреве до заданной температуры с последующим охлажде­нием — искусственным. Искусственному старению подвергают в основном сплавы титана и алюминия для повышения их прочности. Повышение прочности при искусственном старении оценивается при испытании на ударную вязкость металла шва. Коррозией называется процесс физико-химического разру­шения металла под влиянием внешней среды. Коррозионная стойкость сварных соединений в различных средах и при неодинаковых температурах имеет большое значение, так как сварные швы и соединения часто работают в средах, способных вызвать разрушающую коррозию, таких как атмосферная влага, морская вода, растворы кислот и щелочей; совместное действие этих факторов
16
.
16
Костенко Е. М. Указ. соч.
42
По характеру процесса различают химическую и электро­химическую коррозию.
Химическая коррозия — это процесс окисления металла при непосредственном воздействии окружающей среды без присутствия электрического тока. Окисление железа и его сплавов происходит на воздухе, в дистиллированной воде, кон­центрированных агрессивных средах и т. д.
Электрохимическая коррозия характеризуется тем, что она протекает в электролитах (растворах солей, кислот, щело­чей) и сопровождается появлением электрического тока.
Стойкость против коррозии зависит от химического соста­ва, структуры, состояния поверхности, напряженного состоя­ния металла, а также от химического состава, концентрации, температуры и скорости перемещения агрессивной среды по поверхности металла.
Например, при ремонте корпусов речных и морских судов установлено, что наружная поверхность подводной части кор­пуса имеет участки корродированного металла. Анализ причин коррозии показывает, что окалина, не удаленная с поверхности металла корпуса, обладает более высоким потенциалом и яв­ляется катодом. Участки корпуса, где отсутствует окалина, являются анодом, поэтому металл подвергается усиленному коррозионному разрушению. Для защиты сварных конструк­ций от воздействия коррозии их окрашивают специальными грунтовыми красками.
Для повышения коррозионной стойкости сварных швов на конструкциях из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, предназначенных для эксплуатации в морской воде или подобной среде, рекомендуются при ручной сварке электроды марки Э-138/Н-50, имеющие основное покрытие и содержащие 0,7–1,8% никеля. Автоматическая сварка под флюсом произво­дится сварочной проволокой Св-08ГНА, содержащей 0,9–1,2%
17
никеля
.
17
Костенко Е. М. Указ. соч.
43
Контрольные вопросы
1. Что называется старением металла?
2. Какие виды старения вы знаете?
3. Каковы причины возникновения коррозии?
4. В чем отличие химических видов коррозии от электро-
химических?
5. Какие меры применяются для повышения коррозионной
стойкости металлов и сварных швов?
1.3.8. Классификация
напряжений и деформаций
Процесс сварки способствует образованию в изделиях напряжений, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от того, почему они появляются, разли­чают тепловые напряжения, возникающие из-за неравно­мерного распределения температуры при сварке, а также структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений.
В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные напряжения и деформации су­ществуют в конструкции только в какой-то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упру­гости, временные напряжения и деформации исчезают (сни­маются) после охлаждения изделия, остаточные остаются в изделии после исчезновения причины, вызвавшей их. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения
18
(рис. 1.13).
18
Лосев В.А., Юхин Н.А. Указ. соч. — С. 14.
44
¨ЙЗ½ЗДХЖФ¾ Ж¹ИЙШ¿¾ЖБШ
¨ÇÈ¾É¾ÐÆÔ¾ƹÈÉØ¿¾ÆÁØ
а) б)
¦¹¼É¾Ë¹Ø ÀÇÆ¹
ÇÊ»¹ÉÃÁ
¨ÇÊľÊ»¹ÉÃÁ
в) г)
Рис. 1.13. Основные виды деформаций сварных соединений:
а) направление действия продольных и поперечных напряжений;
б) неравномерный нагрев металла; в) деформация от поперечной
усадки; г) деформация от продольной усадки
19
Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум груп­пам, таким как:
мероприятия, предотвращающие возможность возникно-
вения напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние (выбор правильной последовательности сварки изделия, жес-
19
Лосев В.А., Юхин Н.А. Указ. соч. — С. 14..
45
ткое закрепление изделия, предварительный обратный выгиб, сопутствующий подогрев, интенсивное охлаждение в процессе сварки, уменьшение количества сварных швов, симметричное расположение ребер жесткости, применение гнутых профилей);
мероприятия, обеспечивающие последующее исправ-
ление деформаций и снятие остаточных напряжений (местная проковка металла шва или ЗТВ, правка под действием ста­тической нагрузки, местный нагрев и механическая правка, термическая обработка).
Названные мероприятия заранее просчитываются конс­трукторами и технологами, уточняются в процессе изготов­ления образцов и только после этого окончательно вносятся в технологические карты.
При этом хотелось бы подчеркнуть, что окончательно избавиться от напряжений и деформаций невозможно, можно лишь снизить их до приемлемых требований технологических
документов. Только по результатам многочисленных испытаний
(для ответственных конструкций) и сделанных на их основе вы­водов можно гарантировать надежность работы сварного узла или конструкции по установленным показателям (например, тележка вагона метро имеет гарантийный срок безаварийного пробега 350 000 км).
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются основные виды напряжений
и деформаций?
2. Какие принимаются меры по борьбе с деформациями
и напряжениями?
3. Каково значение мероприятий по снижению остаточных
напряжений и деформаций?
1.3.9. Стенды для электродуговой сварки и инверторные источники питания
Для практического изготовления сварочных узлов в ва-
куумном и энергетическом машиностроении, нефтегазовом
46
хозяйстве и других отраслях техники применяются различные приспособления, обеспечивающие качественное получение различных швов и соединений.
В большинстве случаев стенды для сварки изготавливают­ся специализированными для производства конкретных узлов: пароперегревателей, различных обечаек, листов и других изделий. Стенды могут работать с источниками постоянного и переменного тока (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Некоторые показатели источников
постоянного и переменного тока
Постоянный ток
от преобразователя
Показатели
Однопосто-
вого
Удельный расход электроэнергии на 1 кг наплавленного метал­ла, кВт × ч
Стоимость энергии, % 100 120–140 50–60
Стоимость обслужи­вания, % стоимости оборудования
Стоимость оборудова­ния,%
КПД 0,3–0,6 0,25–0,4 0,8–0,85
Коэффициент исполь­зования оборудования
Занимаемая площадь на пост, м
2
4,6 5–8 3,5–4
6—3
100 60–80 20–30
0,4–0,6 1,0 0,4–0,8
4,5–4,6 – 1,5
Многопосто-
вого
Переменный
ток от свароч-
ного транс­форматора
47
Разработанный сварочный стенд нашел широкое приме­нение в производстве стыковых и угловых соединений труб различных диаметров и пространственных положений, кон­трольно-сварных соединений (КСС), при аттестации специа­листов сварочного производства первого уровня и в обучении
20
студентов университета
.
Устройство работает следующим образом (рис. 1.14): внача­ле опору (1) закрепляют болтами (2) к основанию (3), например к полу, в необходимом месте, затем устанавливают и фик­сируют на необходимой высоте кронштейн (9) вертикальной стойки (4) с помощью винтов (6) и путем фиксации подъем­ного цилиндра (5) с помощью винтов (7). Свариваемую деталь устанавливают в зажимное устройство (10) и зажимают его с помощью зажимного винта (12). Деталь регулируется и может располагаться горизонтально, вертикально и под углом в 45º, это осуществляется путем фиксации зажимного устройства (10) в кронштейне (9), установкой штыря в одно из трех отвер­стий (11). Регулирование расположения детали в радиальном направлении осуществляется путем вращения кронштейна (9) на верхней части вертикальной стойки (4) и его фиксации с помощью винтов (8).
Достоинством полезной модели является возможность вы­полнения сварки в разных положениях, при которых сварива­емые швы располагаются в удобном положении для сварщика. Благодаря этому улучшается качество сварки, повышается производительность труда. Существенным преимуществом заявленного стенда является его универсальность, достигае­мая за счет возможности регулировать стенд как под любого сварщика, так и под любые свариваемые заготовки. Предлага­емое техническое решение может найти широкое применение в машиностроении, в частности, для обучения сварщиков и отработки технологий сварки.
20
Патент на полезную модель Ru № 125114 U1 «Стенд для сварки. Конюшков Г. В., Конюшков В. Г., Балакин А. Н., Абрасимов И. Я. Опубли­ковано 27.02.2013 г.».
48


Рис. 1.14. Сварочный стенд:

1 — опора; 2 — болты; 3 — основание; 4 — вертикальная
стойка; 5 — подъемный цилиндр; 6, 7, 8 — винты;
9 — кронштейн; 10 — зажимное устройство;
11 — отверстие для установки штыря; 12 — зажимной винт
21
Сварочный стенд может работать с любым сварочным аппаратом, однако наиболее эффективно он работает совместно со сварочными аппаратами на базе инверторных источников тока (ИИП), которые получили широкое распространение в последние 10 лет.
Небольшие размеры и масса, малая инерционность, улуч­шенные динамические свойства ИИП выгодно отличают их от традиционных источников сварочного тока.
В процессе дуговой сварки плавящимися и неплавящимися электродами, ультразвуковой и микроплазменной сварки, кон-
21
Патент на полезную модель Ru № 125114 U1.
49
тактной сварки металла малых и средних толщин применяют источники питания на основе высокочастотных инверторных преобразователей. Скоро (по нашим предположениям) на ос­нове инверторов будут создаваться также мощные ИИП для электрошлаковой сварки и сварки под флюсом.
Наиболее удобна для объяснения процесса инверти­рования схема выпрямителя с транзисторным инвертором (рис.
1.15). При этом сетевой выпрямительный блок V1 преоб­разует переменное напряжение сети в постоянное, которое сглаживается с помощью низкочастотного фильтра L1 — С1, далее выпрямленное напряжение преобразуется в однофаз­ное переменное высокой частоты с помощью инвертора на двух транзисторах: VT1 и VT2, после чего напряжение понижается трансформатором Т, выпрямляется блоком вентилей V2, проходит через высокочастотный фильтр L2 — С2 и подается на дугу в виде сглаженного напряжения.
L2
V1
L1
VT1
V2
T
C1
Рис. 1.15. Принципиальная схема (а) и осциллограммы напряжений (б)
выпрямителя с транзисторным инвертором:
V1 — сетевой выпрямительный блок; V2 — блок вентилей; VT1,
VT2 — транзисторы; Т — трансформатор; L1 — С1 — низкочастотный
фильтр; L2 — С2 — высокочастотный фильтр; Ubc — преобразованное
из переменного напряжения сети постоянное напряжение,
сглаженное с помощью низкочастотного фильтра L1-C1; t1,t2 —
длительность импульсов; U1 — напряжение на первичной обмотке
трансформатора; U2 — переменное напряжение на выходе
трансформатора; U3 — постоянное напряжение на выходе инвертора
VT2
T
t2
U
BC
t1
u2
u1
C2
u3
à)
á)
Инвертор — это устройство, преобразующее постоянное
напряжение в высокочастотное переменное. Конвертор — устройство для понижения или увеличения постоянного
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]