Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология сварки плавлением. Часть II. Учебное пособие
.pdf
ственно увеличение времени пребывания металла околошовной зоны
при высоких температурах в принципе может привести к коагуляции и
растворению дисперсной фазы, а также к росту зерна. Вследствие этого
свойства стали в этой зоне будут ухудшаться. Поэтому сварку сталей с
карбонитридным упрочнением и мелким зерном целесообразно проводить при умеренных погонных энергиях. При
этом наиболее приемлемыми способами сварки этих сталей являются дуговая сварка в защитных газах и ручная дуговая сварка покрытыми электродами, позволяющими обеспечивать малое тепловое воздействие на зону термического
влияния.
Стремление к снижению металлоемкости конструкций и изделий
привело к использованию низколегированных сталей в термически
улучшенном состоянии – после закалки и
высокого отпуска при температурах 550…670 °С. В таком состоянии применяют, например, стали
10ХСНД, 17ГС, 16Г2АФ и др., для которых наряду с высокой прочностью характерны достаточная пластичность, вязкость, повышенное сопротивление хрупким разрушениям и др. Сварка таких сталей осложняется тем, что на тех участках зоны термического влияния, где
мальная температура нагрева лежит в пределах 500 °С…Ас
, происходит
3
макси-
некоторое разупрочнение металла, сопровождаемое провалом твердости. Степень этого разупрочнения тем больше, чем выше прочность закаленной и отпущенной стали и чем больше погонная энергия при сварке. Поэтому сварку термически улучшенных низколегированных сталей
предпочтительно выполнять с малым временем пребывания металла
при высоких температурах. Это легко обеспечивается применением
умеренных
погонных энергий при дуговой сварке в защитных газах, а
также ручной дуговой сварке покрытыми электродами.
В некоторых случаях рациональным способом обеспечения однородных свойств сварных соединений термически улучшенных низколегированных сталей может быть их термообработка после сварки, причем такая же, какой подвергалась сталь перед сваркой. Такой термообработке могут подвергаться
сварные изделия целиком, если размеры их
невелики и нет опасений больших короблений. В этом случае термообработка устраняет не только разупрочнение металла, но и повышенную
твердость и хрупкость упрочненных зон, нагревавшихся при сварке
выше температуры точки Ас
, а также существенно снижает уровень
3
остаточных сварочных напряжений.
11
1.2. Особенности технологии и техники сварки
Подготовку кромок и сборку соединения под сварку проводят в зависимости от толщины металла, типа соединения и способа сварки согласно соответствующим государственным стандартам или техническим условиям.
Перед сваркой для предупреждения образования в швах пор, шлаковых включений, непроваров и других дефектов свариваемые кромки
предварительно тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений.
После зачистки детали изготавливаемого изделия для фиксации
положения кромок относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров собирают в универсальных или специальных сборочных
приспособлениях либо с помощью прихваток. Длина прихваток зависит
от толщины металла и изменяется
в пределах 20…120 мм при расстоя-
нии между ними 500…800 мм. Площадь сечения прихваток равна при-
2
мерно 1/3 площади сечения шва, но не более 25…30 мм
. Прихватки
выполняют обычно дуговой сваркой покрытыми электродами или полуавтоматами в углекислом газе. Их рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению основного однослойного шва или первого
слоя в многослойных швах.
При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в
них могут образовываться трещины вследствие высокой скорости теплоотвода. Поэтому перед
сваркой прихватки тщательно зачищают и
осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаляют другим способом.
При автоматических способах дуговой сварки и электрошлаковой
сварке в начале и конце шва устанавливают входные и выходные планки
для обеспечения процесса сварки начала шва с установившимся температурным полем и вывода кратера с
основного металла. Кроме того, при
электрошлаковой сварке свариваемые детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Взаимное положение деталей фиксируют скобами, установленными на расстоянии 500…1000 мм
друг от друга и удаляемыми по мере наложения шва.
Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых
элементов и внешняя
форма шва как с лицевой стороны (форма усиле-
ния шва), так и с обратной стороны (форма обратного валика).
Дуговую сварку стыковых швов покрытыми электродами или механизированную в защитных газах, а также порошковыми проволоками
обычно выполняют на весу. В этом случае наиболее трудно обеспечить
провар корня шва и хорошее формирование обратного
валика по всей
12
длине стыка. Поэтому во многих случаях, особенно при автоматических
способах дуговой сварки, для предупреждения прожогов и обеспечения
высококачественного провара корня шва используют приемы с применением остающихся или съемных подкладок, флюсовой подушки, подваркой корня шва и других приемов.
Однако, несмотря на большое количество используемых для этой
цели приспособлений и приемов
, не всегда удается обеспечить стабильный провар кромок притупления и удовлетворительное формирование
обратного валика. Поэтому стыковые швы ответственных конструкций,
как правило, сваривают с двух сторон. При этом качество сварных соединений значительно стабильней, чем при односторонней сварке. Причем лучшие результаты достигаются при многослойной сварке. В этом
случае каждый нижележащий
слой проходит своеобразную термообработку при наложении последующего слоя, что позволяет получить измельченную структуру металла шва и околошовной зоны и, соответственно, повышенные механические свойства сварного соединения.
Переход на одностороннюю сварку пока оправдан только в случае
действительной необходимости, например при изготовлении громоздких узлов, когда затруднена их кантовка, или для
изделий, размеры ко-
торых не позволяют вести сварку со второй стороны.
Большое значение также имеет образование плавного перехода металла усиления шва и обратного валика к основному металлу, так как
это сказывается на прочности сварного соединения при динамических
нагрузках, изгибе и технологических операциях, связанных с вальцовкой и правкой.
угловых швов рекомендуется вогнутая или нормальная форма
Для
шва с плавным переходом к основному металлу. Плавное очертание поверхности шва предопределяет снижение концентрации напряжений, в
результате чего существенно повышается выносливость при вибрационных нагрузках.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Требования к
конструктивным элементам подготовки кромок под сварку и геометрическим размерам сварных
швов различных типов регламентируются
ГОСТ 5264–80.
Электроды для ручной дуговой сварки выбирают в зависимости от
назначения конструкции и типа стали, а режим сварки – в зависимости
от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного
положения сварки.
Основными параметрами режима ручной дуговой сварки покрытыми электродами являются диаметр электрода при выбранном его типе
13
или марке и сила сварочного тока. Остальные параметры подбираются
сварщиком в процессе сварки и не регламентируются.
Диаметр электрода зависит, прежде всего, от толщины свариваемого металла. Для стыковых соединений рекомендуются следующие диаметры электродов (d
) в зависимости от толщины (δ) свариваемых кро-
э
мок:
δ, мм……<2 3…5 6…8 9…12 13…15 16…20
, мм…. <2 3…4 4…5 5…6 6…7 8…10
d
э
Рекомендуемые для электрода данной марки значения сварочного
тока, его род и полярность выбирают по паспорту электрода, в котором
обычно приведены его сварочно-технологические свойства, типичный
химический состав шва и механические свойства.
При сварке тонколистового металла (1…3 мм) сварку можно выполнять на наклонной поверхности на спуск (наклон до 15°). Однако та
-
кой шов может иметь ряд дефектов в виде непроваров, свищей и неплотностей. Поэтому чаще всего сварку таких стыковых швов выполняют на массивных медных или бронзовых подкладках или используют
соединения с отбортовкой кромок.
При толщине деталей 3…8 мм обычно применяют соединения без
скоса кромок. При этом выполняют сварку в один
или два прохода сва-
рочной дуги (по одному проходу с каждой стороны).
Стыковые соединения с разделкой кромок могут выполнять однопроходными (однослойными) или многопроходными (многослойными).
Однопроходная сварка производительна и экономична, но вследствие
образования грубой столбчатой структуры металл сварного соединения
недостаточно пластичен.
При многослойной сварке швов стыковых соединений толщиной
9…10 мм и
более первый проход выполняют электродами не более
3,2 мм. Это необходимо для обеспечения провара корня шва в глубине
разделки. Последующие слои шва при сварке в разных пространственных положениях выполняют электродами диаметром не более 4 мм, а
при сварке в вертикальном и горизонтальном положениях – не более
5 мм. Электроды диаметром 6 мм и более
используют лишь при сварке
в нижнем положении металла повышенных толщин (13…20 мм).
Рядовые и ответственные конструкции из низкоуглеродистых сталей сваривают электродами типа Э-42 (марки АНО-5, АНО-6, ОЗС-23
и др.) и Э46 (АНО-4, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-6 и др.). При сварке рассматриваемых сталей обеспечиваются достаточно высокие механические свойства сварного соединения,
поэтому в большинстве случаев не требуются
меры по предотвращению образования в нем закалочных структур.
14
Для сварки рядовых конструкций из низколегированных сталей
применяют электроды типа Э-42А (марки УОНИ-13/45, СМ-11, ОЗС-2)
и Э-46А (АНО-8, УОНИ-13/55К, Э-138/45Н и др.), а ответственных –
типа Э-50А (УОНИ-13/55, ДСК-50, ОЗС-18, ТМУ-21 и др.). Это обеспечивает получение металла швов с достаточной стойкостью против кристаллизационных трещин и
требуемыми прочностными и пластически-
ми свойствами.
Техника выполнения швов и определяемый ею термический цикл
сварки зависят от предварительной термообработки стали. Сварку термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения металла в зоне
термического влияния рекомендуется проводить при умеренных погонных энергиях длинными участками по охлажденным предыдущим слоям шва. В то же
время сварку толстого металла из нетермоупрочненных
сталей для предупреждения образования в металле шва и околошовной
зоне закалочных структур целесообразно выполнять каскадом и горкой
либо осуществлять с небольшим предварительным подогревом при
умеренных значениях погонной энергии.
Сварка в защитных газах. Требования к конструктивным элемен-
там подготовки кромок под сварку и геометрическим размерам сварных
швов различных типов регламентируются ГОСТ 14771–76.
Наиболее распространенным защитным газом при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей является углекислый газ.
В последнее время для защиты расплавленного электродного металла и
металла сварочной ванны расширяется объем использования смеси газов: СО
(до 3…7 % О
+ О2 (до 20…30 % О2), Ar + СО2 (до 25 % СО2), Ar + О2 + СО2
2
и до 20 % СО2).
2
Смеси Ar + CO
и Ar + CO2 + O2 практически равноценны по своим
2
сварочно-технологическим свойствам. Их технологические преимущества проявляются в том, что возможен струйный и управляемый перенос металла, малы потери на разбрызгивание, более благоприятная
форма швов – меньше выпуклость сварного шва, металл швов характеризуется более высокой ударной вязкостью при низких температурах.
Смесь СО
+ О2 по сравнению с СО2 обеспечивает хорошее форми-
2
рование шва и лучший внешний вид, стабильность процесса сварки,
уменьшение разбрызгивания. Кроме того, добавки в смесь кислорода
связывают водород и тем самым уменьшают его влияние на образование пор.
Сварку в углекислом газе и его смесях выполняют плавящимся
электродом. Для выполнения коротких разноориентированных швов
применяют механизированную сварку,
для сварки протяженных швов –
автоматическую.
15
В некоторых случаях для сварки в углекислом газе используют неплавящийся угольный или графитовый электрод. Однако этот способ
находит ограниченное применение.
При сварке в углекислом газе раскисление расплавленного металла
сварочной ванны марганцем и кремнием осуществляется за счет электродной проволоки, поэтому при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей используют легированные электродные
проволоки
марок Св-08ГС и Св-08Г2С диаметром 0,5…3,0 мм.
Параметры режима сварки в углекислом газе и его смесях изменяются в широких пределах в зависимости от применяемых сварочных
материалов, оборудования, квалификации сварщика. Для практических
целей при выборе режимов можно пользоваться справочными данными,
выбирая значения параметров из указанного диапазона. Например,
рекомендуемые режимы сварки в углекислом газе стыковых соединений
низкоуглеродистых и низколегированных сталей приведены в табл. 1.
При автоматической и механизированной сварке швов, расположенных в различных пространственных положениях, обычно используют электродную проволоку диаметром до 1,2 мм; при сварке в нижнем
положении – диаметром 1,2…3,0 мм. Автоматическую сварку в нижнем
положении можно выполнять при
максимальном значении сварочного
тока, указанном в табл. 1. Механизированную сварку в нижнем положении выполняют при средних значениях тока и минимальном значении
напряжения дуги.
Таблица 1
Типовые параметры режима сварки в углекислом газе стыковых швов
низкоуглеродистых и низколегированных сталей в нижнем положении
Толщи-
на металла,
мм
0,6…1,0 0,5…0,8 1 0,5…0,8 50…60 17…18 20…25 6…10 6…7
1,2…2,0 0,8…1,0 1–2 0,8…1,0 70…100 18…20 18…24 8…12 10…12
3…5 1,6…2,0 1–2 1,6…2,0 180…200 26…28 20…22 12…20 14…16
6…12* 1,8…2,2 2–3 2,0 250…300 28…30 16…20 15…25 16…20
*
Сварка с разделкой кромок, или двухсторонняя сварка.
Зазор,
мм
Число
слоев
Диаметр
прово-
локи,
мм
Сила
свароч-
ного то-
ка, А
Напря-
жение
дуги,
В
Ско-
рость
сварки,
м/ч
Вылет
электро-
да,
мм
Расход
газа на
слой,
л/мин
Свойства сварных соединений из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, выполненных сваркой в углекислом газе и его смесях,
зависят от марки и диаметра использованной электродной проволоки,
состава и свойств основного металла и режима сварки. Так, при сварке
низкоуглеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе и
16
его смесях электродными проволоками марок Св-08ГС и Св-08Г2С
диаметром до 1,2 мм металл шва углеродистых сталей общего назначения и низколегированных марок 10ХСНД, 15ХСНД и 14ХГС обладает
высокими механическими свойствами, такими же как при использовании электродов типа Э-50А. При использовании проволок повышенных
диаметров (1,6…3,0 мм) несколько снижается ударная
вязкость металла
шва. Для получения швов с высокой ударной вязкостью при выполнении сварки проволоками диаметром 1,6 мм и более обычно используют
только проволоку Св-08Г2С, которую рекомендуется прокалить в течение 1,5…2 часов при температуре 200…250 °С для удаления водорода и
азота.
Увеличение напряжения дуги может повышать угар легирующих
элементов и
приводить к снижению механических свойств металла шва,
а применение повышенных значений силы сварочного тока – к снижению показателей пластичности и ударной вязкости сварного соединения. Свойства металла шва, выполненного на обычных, рекомендуемых
режимах (см. табл. 1), соответствуют свойствам металла шва, выполненного электродами типа Э-50А.
Повышение коррозионной стойкости швов в морской
воде достигается использованием электродных проволок марок Св-08ХГ2С и
Св-10ХГ2С.
При неизбежных нарушениях газовой защиты (при сварке на открытых площадках, при значительных зазорах и др.) для сварки в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей рекомендуется
использовать электродную проволоку Св-20ГСЮТ.
В промышленности находит применение
и сварка в углекислом газе порошковыми проволоками как рутил-флюоритного типа марок
ПП-АН4, ПП-АН9, ПП-АН22, так и рутилового – ПП-АН8, ПП-АН10,
ПП-АН21 и др. Применение этих проволок для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей позволяет в более широком диапазоне варьировать состав и свойства металла
шва, улучшать его форми-
рование.
Сварка самозащитной порошковой проволокой. Преимуще-
ствами сварки открытой дугой порошковой проволокой по сравнению
со сваркой в углекислом газе являются отсутствие необходимости в газовой аппаратуре и возможность сварки на открытых площадках, где
наблюдается сдувание защитной струи углекислого газа.
В промышленности для сварки рядовых конструкций из
низкоуглеродистых сталей находят применение порошковые проволоки рутилорганического типа марок ПП-АН1, ПП-1ДСК и др. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных
17
сталей – порошковые проволоки карбонатно-флюоритного типа марок
ПП-АН3, ПП-АН7, ПП-АН11, ПП-2ДСК и др. Рекомендуемые режимы
дуговой сварки порошковыми проволоками низкоуглеродистых и низколегированных сталей приведены в табл. 2.
Таблица 2
Режимы механизированной дуговой сварки стыковых швов
самозащитными порошковыми проволоками
Марка про-
волоки
ПП-АН1 2,8 Н 220…320 26…31 15…40
ПП-1ДСК 2,4 Н 180…320 24…32 15…40
ПП-АН3 3,0 Н 350…500 24…31 30…60
ПП-АН7
ПП-АН11 2,4
ПП-2ДСК 2,4
Условные обозначения: Н – нижнее положение; Г – горизонтальный шов на вертикали; В – вертикальное положение.
Диаметр
проволоки,
мм
2,0
Положение
сварки
Н
Г
В
Н
Г
В
Н
Г
Сила свароч-
ного тока, А
240…300
210…240
150…180
280…340
220…280
140…200
280…380
180…210
Напряжение
дуги, В
23…26
22…24
20…22
24…30
22…26
20…23
26…31
24…27
Вылет элек-
тродной про-
волоки, мм
15…40
20…40
15…30
20…50
20…40
15…30
40…60
40…80
При правильно выбранных режимах сварки порошковыми проволоками обеспечивается устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва. Механические свойства металла шва и сварного соединения,
выполненного проволокой рутил-органического типа, соответствуют по
уровню показателей электродам общего назначения с рутиловым типом
покрытия. Металл шва, выполненный порошковыми проволоками карбонатно-флюоритного типа, хорошо
раскислен и отличается высокой
стойкостью против образования кристаллизационных трещин и пор.
Высокая основность шлака предопределяет при сварке этими проволоками получение высоких механических свойств металла шва и сварного
соединения. Они находятся на уровне, достигаемом обычно при сварке
электродами основного типа Э-50А.
Сварка под флюсом. Конструктивные элементы подготовки кро-
мок под
сварку и геометрические размеры сварных швов регламентируются ГОСТ 8713–79. Сварка используется преимущественно для выполнения протяженных прямолинейных сварных швов в нижнем положении. Она может выполняться на различных подкладках (медной или
флюсомедной, остающейся стальной, флюсовой подушке и др.), а также
18
по предварительной подварке корня шва покрытыми электродами или в
углекислом газе. Основное применение находит автоматическая сварка.
Механизированный вариант используется в ограниченном объеме.
Автоматическую сварку обычно выполняют электродной проволокой диаметром 3…5 мм, механизированную – проволокой 0,8…2 мм.
Равнопрочность соединения достигается подбором флюсов, электродных проволок и выбором режимов и техники сварки.
При сварке низкоуглеродистых
сталей в большинстве случаев применяют окислительные флюсы марок АН-348А и ОСЦ-45, на основе оксидов SiO
(около 40 %) МnO (около 40 %), и низкоуглеродистые элек-
2
тродные проволоки марок Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных
конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать
электродную проволоку марки Св-08ГА. Использование указанных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами,
равными или превышающими свойства основного металла.
При сварке низколегированных сталей используют
те же, что и для
низкоуглеродистых сталей, флюсы и электродные проволоки марок
Св-08ГА, Св-10ГА и Св-10Г2. Использованием указанных материалов
достигается высокая стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин и пор. Легирование металла шва марганцем за
счет проволок и кремнием за счет флюса при подборе соответствующей
погонной энергии
позволяет получить металл шва с требуемыми меха-
ническими свойствами.
Технология сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей отличается незначительно. Параметры режима сварки изменяются в
широких пределах в зависимости от конструкции соединения, типа шва
и техники сварки. Для практических целей параметры режима определяют расчетом или выбирают из справочных данных. Например, рекомендуемые режимы сварки стыковых швов без разделки кромок по ручной подварке корня шва приведены в табл. 3.
Свойства металла околошовной зоны определяются термическим
циклом сварки. При сварке толстолистовой стали на режимах с малой
погонной энергией возможно образование закалочных структур с пониженной пластичностью. Для предупреждения их образования увеличивают сечение швов
, применяют двухдуговую сварку или проводят пред-
варительный подогрев металла до температуры 150…200 °С.
Для низколегированных термоупрочненных сталей с целью предупреждения разупрочнения шва в зоне термического влияния следует
использовать режимы с малой погонной энергией, а для нетермоупрочненных – наоборот, с повышенной.
19
Таблица 3
Режимы автоматической дуговой сварки под флюсом
металлоконструкций из углеродистых и низколегированных сталей
Толщина
металла,
мм
6 0…1,5 5 600 34…36 54 54,6
8 0…2,0 5 650 34…36 46 60,7
10 0…2,0 5 750 35…38 40 75,5
12 0…2,5 5 800 36…38 34 83,2
14 0…2,5 5 900 36…40 28 95,2
16 0…3,0 5 950 36…40 26 103
Зазор,
мм
Диаметр
электродной
проволоки,
мм
Сила сва-
рочного
тока,
А
Напряжение
дуги,
В
Скорость
сварки,
м/ч
Скорость
подачи
электродной
проволоки,
м/ч
Электрошлаковая сварка. Конструктивные элементы подготовки
кромок под сварку и геометрические размеры сварных швов регламентируются ГОСТ 15164–78. Электрошлаковую сварку (ЭШС) широко
применяют при изготовлении ответственных конструкций большой
толщины. Равнопрочность сварного соединения достигается легированием металла шва через электродную проволоку и при переходе элементов из расплавляемого металла кромок основного металла.
Малая
интенсивность реакций взаимодействия между шлаком и
металлом при ЭШС исключает возможность легирования металла шва
через флюс. Поэтому даже при сварке спокойных низкоуглеродистых
сталей хороших результатов достигают применением проволоки
Св-08ГА либо пластины стали 09Г2. Для предупреждения образования
газовых полостей при сварке кипящих сталей, содержащих мало кремния, рекомендуется электродная проволока Св
-08ГС. При сварке низколегированных сталей 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС, 15ХСНД, 10ХСНД применяют проволоки Св08ГА, Св-08ГС, Св-10Г2, Св-10Г2С,
Св-08ХГ2СМ, Св-08ХН2М.
При ЭШС низкоуглеродистых и низколегированных сталей используют как обычные окислительные флюсы, разработанные для дуговой сварки, например АН-348
А, ФЦ-7, так и специальные флюсы, образующие электропроводный расплав с заданными технологическими
свойствами: вязкостью, электропроводностью, температурой плавления
и т. д. (АН-8, АН-8М, АН-22 и др.). Однако для сварки указанных сталей лучше использовать флюсы АН-22 и АН-8М, обладающие высокими технологическими свойствами и большей способностью к уменьше-
содержания серы в шве.
нию
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]