Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология конструкционных материалов. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие
.pdf
расположены параллельно направлению действия нагрузки; лобовые
сварные швы 2, если они перпендикулярны и косые 3, если сварные
швы расположены под углом к направлению действия нагрузки
(рис. 2.2).
а
б
в
Рис. 2.1. Виды сварных соединений:
а – стыковые; б – внахлёстку; в – тавровые; г – угловые
г
Рис. 2.2. Типы швов по отношению к направлению
действующих нагрузок и расположению их в пространстве:
1 – фланговые; 2 – лобовые; 3 – косые; I – нижние;
II – вертикальные; III – потолочные
61
Сварные швы подразделяются по их местонахождению в пространстве на нижние (сектор от 0 до 60º), вертикальные (сектор
от 60 до 120º) и потолочные (сектор от 120 до 180º) (рис. 2.2).
Сварочные швы, выполняемые при вертикальном расположении свариваемых элементов заготовок по горизонтали принято называть
горизонтальными.
Сварочные швы по их расположению в пространстве могут
иметь местонахождение промежуточного характера
, т. е. располагаться на границах областей указанных на рис. 2.2. В этих случаях их
называют соответственно полугоризонтальные, полувертикальные
и полупотолочные.
По виду погонной конфигурации сварные швы подразделяются
на прямолинейные, кольцевые и криволинейные. По протяженности
выполнения сварные швы бывают прерывистые и сплошные (короткие, средние и длинные).
В зависимости от применяемого
способа выполнения сварки
сварные швы подразделяют следующим образом: а) швы ручной дуговой сварки; б) швы полуавтоматической и автоматической сварки
под флюсом; в) швы электродуговой сварки в среде защитных газов;
г) шов электрошлаковой сварки; д) швы контактной электросварки;
е) электрозаклёпочные швы; ж) швы газовой сварки и з) швы, получаемые посредством
выполнения специальных видов сварки.
Сварные швы подразделяют также по методу их выполнения на
односторонние, двухсторонние, многослойные и многослойные многопроходные. По способу формирования металла сварного шва в процессе сварки швы подразделяют на: швы, выполняемые без подкладок; швы, выполняемые на подкладках из различных материалов;
швы, выполняемые на газовых и
флюсовых подушках. По объёму металла шва различают нормальные, усиленные и ослабленные сварные
швы.
Свариваемость – это технологическое свойство, характери-
зующее способность металлов и сплавов образовывать сварное
соединение, надежное в эксплуатации.
Наилучшей свариваемостью обладают металлы с хорошей взаимной растворимостью, высокой теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного и объемного расширения и малой
усадкой.
К хорошо сваривающимся относятся стали с содержанием углерода до 0,30 %. К удовлетворительной свариваемости относятся
стали
с содержанием углерода от 0,30 до 0,42 %; к ограниченной – от 0,42
до 0,55 %; к плохой – свыше 0,55 %.
62
При одинаковом содержании углерода свариваемость легированных сталей хуже углеродистых и после сварки необходимо производить термическую обработку.
Дуговая электросварка представляет собой такой метод свар-
ки, при котором местный нагрев и расплавление свариваемых частей
осуществляется электрической (сварочной) дугой.
Сварочная дуга
представляет собой мощный электрический разряд в газах, характеризуется ярким свечением и высокой температурой (около 6000 ºС при
атмосферном давлении). Газ при низкой температуре не проводит
электрический ток. Газ может проводить ток только при наличии
в нем электрически заряженных частиц – ионов, и в этом случае его
называют ионизированным.
При дуговом разряде
выделяется большое количество тепла,
происходит ионизация газа. Сильно ионизированный газ столба электрического разряда (дуги) обладает повышенной электропроводностью, приближающейся к электропроводности металлов, и обеспечивает поддержание устойчивого разряда при прохождении тока. Основаниями столба дугового разряда служат резко ограниченные области
на поверхности электродов – электродные пятна (катодное и анодное).
Ионизация газа
происходит в основном в результате соударений
с молекулами электронов, эмиссирующих с поверхности отрицательного электрода (катода). С увеличением силы тока увеличивается кинетическая энергия электронов. В дуге происходит взаимная бомбардировка катода положительными ионами и анода отрицательными
ионами и электронами; в результате этого кинетическая энергия переходит в тепловую энергию
и происходит нагрев и расплавление элек-
трода и основного металла.
Напряжение дуги между электродом и деталью главным образом зависит от длины дуги, силы тока, а также от материала и размера
электродов, теплового состояния дугового столба, степени его ионизации и других. Для определения напряжения дуги упрощенно пользуются эмпирической формулой
U = a + в L, (2.1),
где U – напряжение дуги, В; L – длина дуги, мм; а, в – постоянные коэффициенты, определяемые опытным путем и зависящие от материала электродов, состава газовой среды и др.; а – сумма катодного
и анодного напряжения дуги (равна от 10 до 12 В при сварке стальным электродом); в – среднее падение напряжения на единицу длины
дуги, равное в этом случае от 2 до 3 В на 1 мм.
63
Зажигание дуги обычно производится мгновенным соприкосновением находящихся под электрическим напряжением электрода
и основного металла и последующим их разъединением. Явление дугового разряда впервые открыл русский физик В. В. Петров в 1802 г.
В зависимости от способа воздействия дуги на основной металл
различают сварку дугой прямого действия и дугой косвенного действия.
При
сварке дугой прямого действия свариваемое изделие и
электрод включены в электрическую цепь и между ними зажигается
дуга (рис. 2.3). При сварке дугой косвенного действия свариваемое
изделие не включается в электрическую цепь. В этом случае дуга горит между двумя электродами, расположенными под углом друг
к другу.
Рис. 2.3. Схема электрической сварочной дуги
прямого действия
По роду материала электрода разделяют дуговую электросварку
неплавящимся (угольным или вольфрамовым) и плавящимся металлическим электродом. В зависимости от способа защиты расплавленного металла от воздействия воздуха различают дуговую электросварку незащищённой дугой, защищёнными электродами, в среде
защитного газа, под слоем флюса. В зависимости от степени механизации процесса дуговая электросварка
подразделяется на ручную, по-
луавтоматическую и автоматическую.
Ручная дуговая электросварка осуществляется двумя спосо-
бами: неплавящимся (угольным) электродом и плавящимся (металлическим) электродом. При этом все операции по управлению электрической дугой и присадочного материала выполняют вручную.
64
Сварка неплавящимся угольным (графитовым) электродом изобретена русским инженером Н. Н. Бенардосом в 1882 г. Электрическая дуга горит между угольным электродом 1 и свариваемым
изделием 2, где расплавляется как основной металл, так и в случае
надобности присадочный материал 3 (рис. 2.4, б). После затвердевания сварочной ванны образуется сварочный шов.
а б
Рис. 2.4. Схема ручной дуговой электросварки:
а – плавящимся электродом: 1 – металлический электрод; 2 – свариваемое
изделие; б – неплавящимся электродом: 1 – угольный электрод;
2 – свариваемое изделие; 3 – присадочный материал
Этим способом сваривают сталь толщиной до 2 мм, чугун, цветные металлы и производят наплавку твердых сплавов. Сварку производят только на постоянном токе при прямой полярности.
Сварка плавящимся электродом изобретена русским инженером
Н. Г. Славяновым в 1888 г. Электрическая дуга горит между металлическим электродом 1 и свариваемым изделием 2 (рис. 2.4, а
ваемый шов образуется за счёт расплавления электрода и кромок
основного металла. Сварку ведут как на переменном, так и на постоянном токе при прямой и обратной полярности. Дуга переменного тока менее устойчива, чем постоянного тока.
Электрод для дуговой сварки представляет собой стержень,
предназначенный для подвода тока к сварочной дуге. Для дуговой
электросварки применяют как плавящиеся металлические, так и неплавящиеся (угольные, графитовые или вольфрамовые) электроды.
Угольные электроды выпускают в виде стержней диаметром от 5 до
30 мм и длиной от 200 до 300 мм. Для улучшения качества угольные
). Свари-
электроды подвергают
графитированию с помощью термической
обработки при температуре 2600 ºС.
65
Графитовые электроды допускают сварку при плотности тока
примерно в пять раз больше, чем угольные. Вольфрамовые электроды
применяются при атомно-водородной сварке, сварке в среде защитного газа и в дуговой плазменной сварке.
Металлические электроды выпускают в виде стержней длиной
от 225 до 450 мм для ручной сварки и в виде бухт до 80 кг
для полуавтоматической и автоматической сварки. Сварочная проволока диаметром от 0,3 до 12 мм выпускается из сталей 56 марок. Марки Св-08,
Св-08А, Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2 применяются для сварки низкои средне углеродистых сталей. Остальные марки применяют для
сварки легированных сталей.
Сварка «голым» электродом не даёт устойчивого горения дуги.
Поэтому стержни покрывают обмазками. В зависимости от толщины
электродные покрытия делятся на тонкие (стабилизирующие) с толщиной слоя обмазки от 0,1 до 0,3 мм и толстые (качественные) с толщиной слоя обмазки от 0,7 до 2,5 мм.
Тонкие покрытия предназначаются для повышения устойчивости горения дуги. Они содержат мел, поташ, калиевую селитру, двуокись титана
и другие вещества, обладающие способностью отдавать
электроны в газовый столб дуги. Однако тонкие покрытия слабо защищают расплавленный металл от воздействия кислорода и азота
воздуха и не повышают механических свойств шва. Из стабилизирующих – более простым является меловое покрытие, состоящее из
(80…85) % мела и (15…20) % жидкого стекла (связующее вещество).
Все ответственные сварочные
работы производят электродами
с качественными покрытиями. Они не только повышают устойчивость горения дуги, но и служат:
для создания вокруг дуги оболочки из газов и шлаков с целью
а)
защиты расплавленного металла от кислорода и азота воздуха;
образования шлаковой корки на поверхности ванны для за-
б)
медления остывания металла шва;
раскисления металла шва и введения в его состав легирую-
в)
щих элементов, улучшающих механические свойства.
С этой целью в состав покрытий, кроме стабилизирующих и связующих, вводят: газообразующие (древесная мука, крахмал, целлюлоза, пищевая мука и др.), шлакообразующие (марганцевая, титановая
руда, полевой шпат, гранит и др.), раскисляющие (ферромарганец,
ферросилиций, ферротитан, алюминий и
др.) и легирующие (ферро-
хром, ферротитан, ферромолибден и др.) вещества.
Дуговая электросварка производится как на постоянном, так и
на переменном токе. Источником питания дуги постоянным током
66
служат сварочные генераторы, при сварке переменным током – сварочные аппараты, состоящие из понижающего трансформатора
и дросселя (регулятора тока). В качестве источника постоянного тока
применяют полупроводниковые выпрямители.
Для выполнения ручной дуговой электросварки, кроме источника питания дуги необходимы: электродержатель, гибкий кабель, предохранительный щиток или маска и рабочий стол.
Для зажигания дуги
стальным электродом достаточно напряжение от 45 до 50 В, а угольным от 55 до 65 В. После установления дугового разряда напряжение падает и составляет от 18 до 25 В при
стальных электродах и от 30 до 40 В – при угольных. Расстояние между свариваемым металлом и плавящимся электродом должно быть
не более (0,6…0,8) диаметра электрода, где длина
дуги составляет
от 3 до 4 мм.
Выше отмечено, что для питания дуги применяют специальные
источники тока. Если при обычном питании током осветительных
ламп, электродвигателей и других следует иметь постоянное напряжение в питающей сети в виде почти прямой линии (рис. 2.5, а), параллельной оси абсцисс, то при питании сварочной дуги того или
иного типа необходим источник питания тока со специальной вольтамперной характеристикой (рис. 2.5, б). Опытная зависимость напряжения дуги от тока при постоянных значениях длины дуги имеет вид
кривой линии (рис. 2.5, в).
В случае использования силы тока, обычно применяемого при
дуговой сварке, напряжение дуги почти не зависит от силы тока.
Напряжение
источника тока должно уменьшаться с увеличением сварочного тока, и пересекать в двух точках 1 и 2 характеристику дуги.
В точке 1 происходит возбуждение дуги, а в точке 2 обеспечивается
устойчивое её горение. В момент короткого замыкания в точке 3 напряжение источника тока уменьшается до нуля. Напряжение холостого хода
и источника тока должно быть в (2,5…3) раза больше напряжения дуги и составлять при ручной дуговой сварке металлическим
электродом постоянным током от 45 до 65 В, а переменным током от
55 до 100 В.
Питание сварочной дуги при постоянном токе осуществляется
от специального сварочного генератора. Сварочные генераторы подразделяются на однопостовые и многопостовые. Питание
сварочных
постов переменным током производится от сварочных трансформаторов, понижающих напряжение заводской сети (220…380) В
до (60…65) В.
67
При сварке переменным током падающую внешнюю характеристику получают включением последовательно с дугой в сварочную
цепь достаточного индуктивного сопротивления. Это достигается
включением во вторичную цепь трансформатора последовательно
с дугой индуктивного сопротивления дроссельной катушки, отделённой от трансформатора.
U, В
70
а
60
50
40
30
20
10
0
1
б
2
в
3
I, А 50 100 200 250 150
Рис. 2.5. Внешние характеристики источника тока и сварочной дуги:
а – при постоянном напряжении источника тока; б – при вольтамперной
характеристике источника питания; в – при постоянных значениях длины
дуги; 1 – возбуждение дуги; 2 – устойчивое горение дуги; 3 – короткое
замыкание
Сердечник дроссельной катушки состоит из двух частей – неподвижной, на которой имеются витки катушки, и подвижной, перемещаемой поворотом ручки. Электрическое сопротивление дроссельной катушки уменьшается при увеличении зазора S между подвижной
и неподвижной частями сердечников, в связи с чем увеличивается сила тока в сварочной цепи; при уменьшении зазора между частями
сердечника возрастает электрическое сопротивление дроссельной катушки и уменьшается величина сварочного тока.
Режим ручной дуговой электросварки определяется диаметром
электрода, величиной тока и длиной дуги (табл. 2.1). Длина дуги при
работе металлическим электродом на (1,1…1,3) мм больше диаметра
электрода, а при угольном электроде длина дуги не менее (6…15) мм.
68
Сварку нижних швов сварщик выполняет тремя способами:
1)
подаёт электрод горизонтально или вертикально по мере его
расплавления для поддержания постоянной дуги;
2)
перемещает его под углом от 15 до 20º к вертикальной оси
шва в сторону движения для заполнения разделки кромок;
3)
придаёт электроду колебательные движения поперёк шва для
получения уширенного валика.
Таблица 2.1
Диаметр электрода,
мм
Толщина металла,
мм
Режим ручной дуговой сварки
от 1
до 1,5
от 0,5
до 1,0
от 1,5
до 2,5
от 1,0
до 2,0
от 2,5
до 4,0
от 2,0
до 5,0
от 4,0
до 6,0
от 5,0
до 10
от 5,0
до 8,0
свыше
10,0
Сила сварочного тока приближенно определяется по формуле
I = k d, (2.2)
где I – сварочный ток, А; d – диаметр электрода, мм; k – коэффициент
при сварке низкоуглеродистых сталей металлическим электродом
от 45 до 60 А/мм, графитовым электродом от 18 до 22 А/мм и угольным от 5 до 8 А/мм.
Автоматическая дуговая электросварка под слоем флюса
обладает следующими особенностями. Электрическая дуга горит
между концом голой электродной проволоки 3 и кромками свариваемого металла 2 под слоем флюса (рис. 2.6). Подача проволоки из кассеты 6 в зону дуги осуществляется сварочной головкой 5. Флюс засыпается в разделку кромок 1 впереди дуги из бункера 4. Сварной шов
образуется
либо в процессе перемещения головки относительно неподвижного изделия, либо при перемещении изделия относительно
неподвижной сварочной головки со скоростью сварки. В процессе
сварки часть флюса расплавляется и при остывании образует легко
удаляемую шлаковую корку. Нерасплавленный флюс поступает
обратно в бункер через сопло и шланг 7.
Флюс обеспечивает изоляцию сварочной ванны от
кислорода и
азота воздуха, замедляет остывание шва, исключает потери металла
на разбрызгивание, позволяет легировать сварочный шов, уменьшать
объём наплавляемого металла, повышать глубину провара шва, экономить электроэнергию. По сравнению с ручной дуговой электросваркой производительность сварки увеличивается в (5…20) раз.
69
Дуговая электросварка в среде защитных газов имеет сле-
дующие особенности. Изоляцию расплавленного металла от вредного
воздействия кислорода и азота воздуха обеспечивают путем создания
газовой атмосферы вокруг зоны сварки, что осуществляется дуговой
электросваркой в среде защитных газов.
Рис. 2.6. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом:
1 – кромки свариваемого изделия; 2 – свариваемое изделие;
3 – электродная проволока; 4 – бункер с флюсом; 5 – сварочная
головка; 6 – кассета с электродной проволокой; 7 – шланг
Из всех видов сварки наибольшее применение получили аргонодуговая сварка и сварка в среде углекислого газа. Аргоно-дуговую
сварку выполняют неплавящимся вольфрамовым и плавящимся металлическим электродами.
При сварке вольфрамовым электродом дуга 5 горит между
вольфрамовым электродом 4 и металлом 1 (рис. 2.7, а). Защитный
газ (аргон) 2 подаётся через кольцевой
да) 3 и обволакивает зону дуги и сварочную ванну. Сварку ведут
на постоянном токе прямой и обратной полярности и на переменном
токе. Применяется для сварки коррозионных и жаропрочных сталей
и сплавов, алюминия, меди, титана, циркония, тантала, ниобия и их
мундштук (держатель электро-
сплавов, а также сплавов магния.
Сварка металлическим электродом 6
производится на постоянном токе обратной полярности и целесообразна при сварке металла
толщиной не менее 3 мм (рис. 2.7, б). При полуавтоматической и ав-
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]