1. Алюминиевые сплавы, их классификация, область применения

Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов являются: высокая удельная прочность, малая плотность, хорошая стойкость против коррозии, высокая технологичность. Именно данные свойства обуславливают широкое применение алюминиевых сплавов авиационной и космической промышленности, где масса конструкции имеет первостепенное значение.

Чистый алюминий ввиду своей низкой прочности почти не применяется как конструкционный металл. Холодная пластическая деформация заметно повышает прочность, но снижает пластичность металла. Нагартовка листов технического алюминия повышает его предел проч­ности от 80 до 147-176 МПа. При этом относительное удлинение снижается до 1-2 %. Упрочнение, достигнутое в результате нагартовки, сохраняется при нагреве до температур ниже темпера­туры рекристаллизации (примерно 400°С). Поэтому при проектировании сварных конструкций следует ори­ентироваться на не нагартованный металл.

Основное значение как конструкционный металл имеют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы и пр.). Легирующими элементами в алюминиевых сплавах явля­ются марганец, медь, цинк, магний, кремний, в качестве модифицирующих добавок используют титан, цирко­ний, бор.

По способам получения алюминий и его сплавы обычно де­лят на две группы: деформируемые (к ним относится и технический алюминий) и литейные.

Деформируемые сплавы разделяются на термически не уп­рочняемые - твердые растворы, имеющие концентрацию леги­рующих элементов ниже предела растворимости при комнатной температуре, и термически упрочняемые - сплавы, имеющие концентрацию легирующих элементов сверх этого предела.

Алюминий и его сплавы обладают специфическими свой­ствами, обусловливающими сравнительную сложность осущест­вления процесса их сварки. К таким свойствам относятся:

• высокая степень сродства к кислороду и образование прочного оксида А12Оз в виде плёнки, покрывающей поверхность металла;

• значительное превышение температуры плавления оксид­ной плёнки (2050°С) над температурой плавления алюминия (~660°С);

• высокая способность алюминия растворять водород;

• склонность к порообразованию;

• высокая теплопроводность;

• высокий коэффициент линейного расширения;

• большая жидкотекучесть;

• резкий переход из твёрдого состояния в жидкое при на­греве;

• склонность многих сплавов к образованию горячих и хо­лодных трещин.

Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов.

2. Какие способы резки и оборудование применяют при получении заготовок

Механические способы:Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц. Под давлением верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл на глубину 0,2…0,4 толщины, а затем скалывание металла по поверхности между остриями режущих кромок.

В производстве сварных конструкций применяются следующие виды ножниц: листовые с наклонным ножом, высечные, двухдисковые с ноклонными ножами, однодисковые с наклонным ножом, многодисковые, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, пресс-ножницы комбинированные, сортовые и ручные механизированные. Большинство ножниц предназначено для прямолинейной резки. Фигурная резка может производиться на ножницах высечных, двухдисковых с наклонными ножами и ручных механизированных. Для поперечной резки фасонного и сортового материала применяются пресс-ножницы комбинированные, ножницы комбинированные, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, ножницы сортовые.

Отрезные станки. Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем на ножницах, и качество резки более высокое, однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.

Термическая резка: Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более.

Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка. Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов.

Плазменно-дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух.

Возможно применение также лазерной резки – данный способ обеспечивает наиболее высокую точность и качество резки.

3. Какими способами можно обеспечить точность установки деталей при сборке узла под сварку

Для изготовления сварных конструкций требуется правильная сборка деталей, то есть их правильная взаимная установка и закрепление. Сборка может осуществляться прихватками или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях. Прихватки представляют собой короткие швы. Количество прихваток и их размер определяются технологическими условиями.

Размещение свариваемых деталей в приспособлении ocуществляется по правилам базирования. Базирование - это разметка детали в приспособлении таким образом, чтобы поверхности детали (технологические базы) опирались на установочные поверхности приспособления. Основные схемы базирования деталей:

Призматическая деталь должна базироваться на три базы в трехмерной системе координат. На установочной плоскости деталь фиксируется в трех точках. На направляющей плоскости деталь фиксируется по двум точкам. На опорной плоскости деталь фиксируется в одной точке. Таким образом, если зафиксировать деталь во всех шести точках, то она будет находиться в строго определенном положении.

Цилиндрические детали обычно базируют по призме. Деталь лишена возможности перемещаться во всех направлениях за исключением вращения вокруг продольной оси. Если зафиксировать цилиндрическую деталь от возможности вращения вокруг оси, то она будет находиться также в строго определенном положении.

Детали с цилиндрическими отверстиями базируются, как правило, по пальцам - фиксаторам приспособления, которые входят в это отверстие. Первой базой определяется установочная плоскость основания детали. Второй базой обычно является плоскость детали, перпендикулярная оси отверстия.

Установочные элементы - упоры - применяются для обеспечения точности установки деталей сварного узла в сборочных приспособлениях. Конструкция упоров должна обеспечить возможность удобной установки деталей в приспособление и не мешать съему изделия после сварки. Место установки упоров должно быть определено так, чтобы обеспечить доступность сварки. Прочность и жесткость упоров должны предотвращать деформацию изделий в процессе сварки.

Зажимные элементы, к которым относятся прижимы и зажимы, предназначены для закрепления деталей свариваемого изделия в процессе сборки и сварки. Прижимы и зажимы обеспечивают правильное положение, и направление прижимного усилия для закрепления деталей без сдвигов относительно установи баз.

Переносные сборочные приспособления применяют при сборке сварных узлов в том случае, когда невозможно применить для этих целей типовые приспособления. К ним относятся струбцины, стяжки, специальные фиксаторы, распорки, домкраты.

Для сварки крупногабаритных листовых конструкций применяются различные кондукторы, стенды, кантователи, установки. Эти приспособления обеспечивают фиксирование деталей в положении, удобном для выполнения сварки.

Контроль собранных под сварку изделий осуществляется в основном по сопрягаемым и габаритным размерам. Проверку размеров осуществляют металлическими рулетками, линейками или шаблонами. Контроль изделий после сварки осуществляют по техническим условиям на свариваемое изделие, в котором указаны требования к качеству сварных швов и их размерам.

4. Классификация сварных соединений и швов

По типам сварные соединения различают на стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные. Тип соединения определяет конструктивная особенность изготавливаемой сборочной единицы, геометрические размеры свариваемых кромок и характер разделки или подготовки кромок выбираются согласно действующему стандарту на данный вид сварки.

В отдельных случаях могут быть применены нестандартные соединения в какой-либо конструкции. При этом обязательно на чертеже показывается сварное соединение со всеми необходимыми размерами.

Сварные швы в зависимости от пространственного положения подразделяются на: нижние (сварка в нижнем положении); наклонные (деталь наклоняется по отношению к горизонтальной плоскости); потолочные; вертикальные.

Существуют классификации сварных швов по различным признакам: по протяженности (двусторонние непрерывные; односторонние прерывистые; двусторонние цепные; двусторонние шахматные), по внешнему виду (выпуклые, нормальные, вогнутые), по выполнению (односторонние, двусторонние), по направлению действия рабочего усилия относительно швов (продольные, поперечные, комбинированные, косые), по числу слоев и проходов.

5. Назовите и опишите признаки каждой из схем нагреваемого тела в теории распространения тепла при сварке

Бесконечное тело. Если границы тела не влияют на распространение теплоты, его можно заменить бесконечным телом, у которого имеется неограниченная протяженность по всем трем направлениям х, у, z.

Полубесконечное тело. Этой схеме соответствует массивное тело с одной ограничивающей плоскостью z = 0. Остальные поверхности находятся на значительном удалении и не влияют на распространение теплоты.

Бесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z=0 и z=. При использовании этой схемы всегда предполагают, что температура по толщине листа равномерна, а теплота может распростра­няться только в плоскости с координатными осями х и у..

Полубесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z = 0 , z =  и плоскостью у = 0. Остальные условия те же, что и у бесконечной пластины.

Плоский слой представляет собой пластину, у которой температура точек тела по толщине не является равномерной. Эту схему применяют в тех случаях, когда толщина тела не настолько велика, чтобы можно было пренебречь влиянием ограничивающей плоскости z =  и считать тело полубесконечным.

Бесконечный и полубесконечный стержни представляют собой тела с прямолинейной или криволинейной осью, когда температура равномерна в пределах поперечного, сечения стержня.

Помимо названных схем, в практике расчетов используются также и другие простейшие схемы, например сплошной цилиндр, тонкостенный цилиндр. В приведенных схемах тел могут использоваться как декартовы, так и цилиндрические или полярные координаты.

6. Сварочная дуга, преобразователь электроэнергии в тепловую. Классификация дуг по схеме включения, материалу электродов, роду тока, среды

Электрическая дуга - длительный электрический разряд в газах при нормальном атмосферном давлении. В обычных условиях и газы, и воздух, состоящий из кислорода и азота, не проводят электрический ток. Чтобы воздух стал проводником электрического тока, необходимо его ионизировать в промежутке между электродами.

При обычных условиях в воздушном промежутке очень мало ионов и электронов, поэтому он и является непроводником. Чтобы сделать воздух проводником, существует несколько способов. Однако при сварке в большинстве случаев ионизация происходит за счет очень сильного разогрева воздуха. При соприкосновении двух металлических электродов, присоединенных к источнику тока, в месте контакта происходит интенсивное выделение тепла, при этом нагреваются как концы электродов, так и окружающий воздух.

Известно, что с повышением температуры увеличивается скорость движения свободных электронов, которые всегда имеются в металле. Наконец, скорость их достигает такой величины, что они вылетают в воздушный промежуток. Встречая здесь на своем пути молекулы и атомы воздуха, они расщепляют их, выбивая из них электроны. Эти атомы превращаются в ионы и свободные электроны. Промежуток ионизировался. Если теперь развести электроны на небольшое расстояние, то движение этих заряженных частиц упорядочится: положительные будут двигаться к катоду, отрицательные – к аноду. В момент зажигания дуги воздушный промежуток еще мало ионизирован, поэтому для усиления ионизации требуется повышенное напряжение. В дальнейшем для поддержания и горения дуги требуется уже более низкое напряжение.

В дуге различают три области: катодную, анодную и столб дуги. Катодная область расположена в непосредственной близости от катода. В этой области происходит выход электронов из металла электрода. В анодной области, которая находится вблизи анода, электроны, движущиеся от катода, попадают на анод.

В столбе дуги происходит ионизация газов и движение электрических зарядов. Напряжение, которое необходимо для поддержания дуги, зависит от материала электрода, длины дуги и рода газа, в котором горит дуга.

По схеме включения различают: дуга прямого действия (электрод- деталь); дуга косвенного действия (электрод-электрод);

По материалу электродов: плавящийся; не плавящийся (вольфрам, графит, угольный);

По роду тока: постоянный; переменный (однофазная, трехфазная);

По среде

7. Задачи автоматического управления процессом сварки

Необходимость автоматизации сварочных процессов определяется, прежде всего, такими их характерными особенностями, как высокие энергетические параметры, скоротечность отдельных этапов энергетических преобразований и процесса формирования сварного соединения, труднодоступность зоны сварки для непосредственного измерения и контроля, повышенный уровень вредных воздействий на здоровье человека и необходимость оперативной оптимизации сварочных процессов в соответствии с выбранным критерием.

В общем объеме операций по производству сварных конструкций на процесс сварки обычно приходится 15...20%, однако он определяет свойства и эксплуатационную надежность конструкций. Большое количество параметров, влияющих на ход сварочных процессов, и высокие скорости их изменения требуют для управления ими обработки значительного объема информации в единицу времени, поэтому автоматизация оказывается обязательным условием успешного и качественного выполнения сварочных процессов. Невозможность поддержания непрерывной вольтовой дуги при сварке плавящимся электродом обусловила создание автоматического регулятора Н. Г. Славяновым, что и обеспечило реальную возможность промышленного применения дуговой сварки плавящимся электродом.

Цель автоматизации сварочных процессов - получение сварных соединений с требуемыми свойствами при наилучших технико-экономических показателях без непосредственного участия человека. Автоматизация сварочных процессов, при которой повышается точность управления и контроля, а также исключается влияние на технологический процесс субъективных факторов (мастерство рабочего, его утомляемость и т. п.), направлена прежде всего на повышение качества сварных соединений и его стабилизацию в пределах партии однотипных изделий. Исключение или сведение к минимуму количества недопустимых дефектов сварных швов снижает потери рабочего времени, энергетических и материальных ресурсов, связанные с исправлением брака.

Автоматизация сварочных процессов сопровождается реальным повышением производительности труда и экономией трудовых ресурсов.

Социальный аспект автоматизации предполагает освобождение человека от непосредственного выполнения сварочных операций и управления сварочным оборудованием прежде всего в условиях вредных, либо опасных для здоровья, а также при выполнении рутинных операций нетворческого характера. Автоматизация сопровождается созданием новых средств производства, которые в свою очередь служат основой разработки и применения прогрессивных технологий сварки.

8. Способы механической резки листового и профильного проката

Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц. Под давлением верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл на глубину 0,2…0,4 толщины, а затем скалывание металла по поверхности между остриями режущих кромок.

В производстве сварных конструкций применяются следующие виды ножниц: листовые с наклонным ножом, высечные, двухдисковые с ноклонными ножами, однодисковые с наклонным ножом, многодисковые, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, пресс-ножницы комбинированные, сортовые и ручные механизированные. Большинство ножниц предназначено для прямолинейной резки. Фигурная резка может производиться на ножницах высечных, двухдисковых с наклонными ножами и ручных механизированных. Для поперечной резки фасонного и сортового материала применяются пресс-ножницы комбинированные, ножницы комбинированные, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, ножницы сортовые.

Отрезные станки.

Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем на ножницах, и качество резки более высокое, однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.

9. Способы снижения деформаций на стадии разработки технологического процесса и в процессе сварки

На стадии разработки проекта нужно принимать такие конструктивные решения, которые позволили бы в дальнейшем технологу (при разработке технологии сборки и сварки) избежать значительных искажений формы сварной конструкции.

1. Назначают минимальную протяженность и минимальный катет сварных швов. Это уменьшит тепловложение в изделие, и, следовательно, его деформации. Усадочная сила и поперечная усадка обратно пропорциональны квадрату катета шва.

2. Используют способы сварки с минимальным тепловложением, например, контактную вместо дуговой. При назначении способа сварки следует иметь ввиду допустимые скорости охлаждения металла и не превышать их.

3. Балочные конструкции проектируют с таким поперечным сечением и расположением швов, чтобы моменты, создаваемые усадочными силами, были уравновешены, а углы излома от поперечных швов компенсировали прогибы. Это обеспечивает минимальный изгиб балок.

4. Оптимизируют последовательность сборочно-сварочных операций.

5. В тонколистовых конструкциях для предотвращения потери устойчивости следует располагать швы на жестких элементах или вблизи их. Замена стыкового соединения на соединение с отбортовкой кромок, применение гофрированных листов.

6. В некоторых случаях целесообразно обеспечить свободное сокращение элементов от усадки, чтобы не вызвать искажение конструкции в целом. Например, нахлесточное еще не сваренное соединение позволяет смещаться листам, не передавая остальной части конструкции усадку. Стыковое соединение листов выполняется до прикрепления их к другим частям конструкции.

7. Во всех случаях, когда есть опасение, что возникнут нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.

8. Разрабатывают и применяют соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они особенно эффективны для ликвидации временных перемещений, которые значительны по величине, но не сопровождаются большими усадочными силами.

9. Закрепление изделий перед сваркой в приспособлениях широко используют для придания им положения обеспечивающего компенсацию перемещений, возникающих в процессе сварки и последующего охлаждения.

10. Иногда при изготовлении двутавровых балок, тонколистовых конструкций, тонкостенных оболочек применяют способ предварительного растяжения зоны сварного соединения. Напряжения растяжения при этом создаются в направлении продольной оси стыковых и тавровых соединений, напряженное состояние сохраняется в процессе сварки с помощью приспособлений. При сварке по металлу с растягивающими напряжениями уменьшается как ширина зоны, так и величина пластических деформаций укорочения на стадии нагрева. Это приводит к уменьшению усадочной силы и остаточных сварочных деформаций.

11. В процессе сварки можно снижать деформации за счет регулирования теплового воздействия источника тепла. Этого можно добиться за счет искусственного охлаждения металла в процессе сварки.

10. Параметры режима диффузионной сварки

Диффузионная сварка в твердом состоянии - способ получения монолитного соединения, образовавшегося вследствие возникновения связей на атомном уровне, появившихся в результате максимального сближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в поверхностных слоях соединяемых материалов.

Отличительной особенностью диффузионной сварки от других способов сварки давлением является применение относительно высоких температур нагрева (0,5-0,7 Т_пл) и сравнительно низких удельных сжимающих давлений (0,5-0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.

К основным параметрам режима диффузионной сварки относится: Сварочное давление, Температура сварки (выдержки), Время сварки (выдержки), Защитная среда (инертный газ, вакуум).

11. Параметры, характеризующие форму разделки кромок

Сварные швы характеризуются следующими параметрами: шириной, высотой усиления, величиной притупления, углом разделки, величиной зазора и катетом в тавровых соединениях.

Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину. Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа варки и типа соединения изменяется в пределах от 60 ± 5 до 20 ± 5 градусов.

Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назначение - обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5-2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более.

Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (так называемое усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма так называемого обратного валика. В стыковых, особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.

12. На поверхность массивного тела наплавляют валик. Определить ширину зоны, нагревшейся выше 600 °С, при которой углеродистая сталь в значительной мере теряет упругие свойства. Режим: I=400 А, U= 25 В, V=9 м/ч (η=0,6). Теплофизические свойства: а=0,08 см²/с; с_ρ=4,9 Дж/см³·град.

Ширина зоны нагрева для источника на поверхности массивного тела определяется по формуле:

Мощность источника теплоты

q = U·I·η = 400 · 25 · 0,6 = 6000 Вт

Скорость источника υ = 9 м/ч = 0,25 см/с.

см.

13. Классификация источников питания по основным признакам

1. По количеству фаз питания источники могут быть:

- однофазные (напряжение питающей сети 220 Вольт);

- двухфазные (напряжение питающей сети 380 Вольт);

- трехфазные (напряжение питающей сети 380 Вольт).

2. По роду тока все источники питания делятся на:

- источники питания переменного тока (трансформаторы);

- источники питания постоянного тока (выпрямители, генераторы, преобразователи, агрегаты).

3. По способу получения энергии источники питания могут быть:

- зависимые – источники, получающие энергию от стационарной электрической сети;

- независимые – источники, получающие энергию от двигателя внутреннего сгорания.

4. По назначению источники питания могут быть предназначены:

- для ручной дуговой сварки;

- для полуавтоматической механизированной сварки;

- для автоматической механизированной сварки;

- для электрошлаковой сварки.

5. По применению бывают:

- специализированные источники питания – применяются для сварки специальных материалов и толщин материалов;

- общепромышленные источники питания – могут использоваться как в строительстве, так и машиностроении и авиастроении.

6. По количеству обслуживаемых постов существуют источники питания:

- однопостовые – рассчитаны на обслуживание одного сварочного поста;

- многопостовые – могут обслуживать от одного до двенадцати постов.

7. По магнитным полям рассеяния могут быть:

- источники питания с нормальными магнитными полями рассеяния;

- источники питания с искусственно увеличенными магнитными полями рассеяния.

14. Особенности автоматизации процесса сварки плавлением.

Существует ряд особенностей автомати­зации электродуговой сварки, отличающих ее от автомати­зации других технологических процессов в металлообраба­тывающей промышленности.

Первая особенность связана с точностью обработки, в частности, с точностью рабочих движений инструмента и размеров обрабатываемых изделий. В сварочном производ­стве по сравнению с обработкой металлов резанием требу­ется гораздо меньшая точность стабилизации и регулирова­ния параметров режима обработки. Излишняя точность системы сопровождается излишней сложностью оборудования и сложностью его эксплуатации.

И так, первая особенность автоматизации заключается в сравнительно невысоких требованиях, предъявляемых к точности сварочного технологического процесса. Эта осо­бенность в общем случае облегчает задачу автоматизации.

Вторая особенность связана с тем, что точность изго­товления заготовок (деталей) и точность их сборки под сваркой часто выходит за пределы допустимые для автома­тической сварки. Повышение же точности заготовительных и сборочных работ в сварочном производстве сопряжено с большими трудностями и может оказаться невыгодным, так как существенно увеличивает их трудоемкость и ставит под сомнение целесообразность автоматизации.

Таким образом, для автоматизации сварочного произ­водства необходимо слежение и обратные связи, корректи­рующие программу по фактическим отклонениям изделия от номинала (прямолинейность швов, величина зазора и т.д.), либо необходимы устройства с предварительной запи­сью и «запоминанием» фактических линий, размеров швов и зазоров с тем, чтобы последующее движение автомата происходило по записанной программе, индивидуальной для каждого изделия.

Третья особенность связана с тем, что в процессе сварки вследствие неравномерности нагрева изделия могут возникать значительные температурные деформации свари­ваемых заготовок, искажающие форму шва и затрудняющие программное управление процессом сварки, даже если за­ранее будут учтены все неточности в замерах заготовок и в их сборке. Температурные сварочные деформации изделия учесть очень трудно. Поэтому при ожидаемых значитель­ных деформациях и невозможности определить их заранее система автоматизации должна быть снабжена обратными связями.

Таким образом, можно прийти к выводу, что свароч­ное производство, сравнительно простое и грубое по классу точности, нуждается в более сложной системе автоматиче­ского управления по сравнению, например, с программны­ми токарными станками, выпускающими значительно более точную продукцию.

15. Способы подготовки кромок деталей под сварку.

Под сварку кромки готовят с целью удаления наклепанного металла после резки на ножницах, недопустимого в ответственных металлоконструкциях; для образования фасок, имеющих сложную форму; для получения более точных размеров детали и для улучшения качества поверхности реза после ручной газовой резки у сталей повышенной прочности.

Способы подготовки кромок под сварку определяются толщиной и маркой свариваемых элементов конструкций, типом сварочного соединения, пространственным положением конструкции при сварке и принятым технологическим процессом сварки. При односторонней сварке металла толщиной до 3—6 мм и при двухсторонней сварке толщиной до 8 мм соединение обычно выполняют без скоса кромок. Для сварки металла толщиной свыше 6—8 мм стыковое соединение обычно выполняют с предварительной разделкой кромок. Основными видами разделки кромок являются: односторонняя разделка кромок (при сварке металла толщиной 6—8 мм и более), двухсторонняя разделка кромок (при сварке металла толщиной более 12 мм).

Обработку кромок под сварку можно выполнять на кромко-строгальных и торцефрезерных станках либо газовой резкой. Строгание кромок после механической резки производят на глубину 2—3 мм, а после газовой резки — не менее 4 мм.

В целях повышения производительности обрабатывать кромки у мелких заготовок типа диафрагм целесообразно на торцефрезерных станках пакетами по 10—15 заготовок и более.

Использование газорезательных машин для резки заготовок с одновременным снятием фасок у них значительно сокращает механическую обработку фасок на кромках. Готовить кромки под сварку на газорезательных машинах можно двумя или тремя резаками. Расстояния между резаками изменяются в зависимости от толщины разрезаемого металла, кроме того, угол наклона между резаками зависит от угла скоса кромок и величины притупления.

16. Как обеспечить соосность отверстий деталей узла в процессе сборки?

При сборке соосность обеспечивается применением, в зависимости от конструктивных особенностей изделия, универсальных и специализированных сборочных приспособлений.

Центраторы предназначаются для закрепления отдельных труб или подобных изделий, так чтобы они не имели сдвига и поворота в направлениях трех координатных осей. Они позволяют совместить цилиндрические поверхности стыкуемых изделий (труб, секций из труб и др.) для выполнения сварочных работ. В зависимости от положения центраторов относительно установочных поверхностей, центраторы подразделяются на наружные (схватывающие) и внутренние (распорные). Наружные центраторы применяют при сборке труб, в секции для сварки, на заготовительных базах или в зоне строительных площадок.

Хотя конструкторское исполнение наружных центраторов различно, они выполняют одну операцию по обеспечению соосности и совмещению торцевых кромок труб. Широкое распространение получили наружные многозвенные центраторы типа ЦНУ. Они состоят из двухрядной пластинчатой цепи, два крайних звена которой выполнены в виде крюков, закрепляемых на цапфах гаек винтовой стяжки. Стяжной винт имеет правую и левую резьбы. На концах винта предусмотрены шестигранные выступы под трещоточный ключ. Для центровки труб при сборке центратор накладывают на стык и вращением винта затягивают его на трубах. Универсальность конструкции при переходе с одного диаметра трубы на другой достигается изменением числа звеньев.

Внутренние центраторы обеспечивают наиболее качественную сборку труб благодаря более точному совпадению их кромок. При центровке стык открыт снаружи, что обеспечивает свободный доступ к месту сварки. Применение внутренних центраторов позволяет повысить производительность и степень механизации сборки для сварки как поворотных, так и неповоротных стыков трубопроводов. Внутренние центраторы по конструкции механизма центрирующих устройств можно классифицировать на четыре группы: с механическим, гидравлическим, электромеханическим, пневматическим разжимными приводами. Выбор центрирующих устройств зависит от диаметра труб и системы энергоснабжения.

17. Присадочные материалы, их назначение, требования, предъявляемые к ним. ГОСТы на сварочную проволоку.

Сварочная проволока сплошного сечения используется для автоматической и полуавтоматической сварки, а также для изго­товления электродов и присадочных прутков. Сварочная проволока требуется для получения шва с необ­ходимыми геометрическими размерами, для обеспечения высоких эксплуатационных ха­рактеристик шва при минимальной склонности к образованию дефектов.

К сварочным проволокам предъявляют высокие требования по состоянию поверхности, предельным отклонениям по диамет­ру, овальности и другим показателям. Промышленность выпускает сварочную проволоку для сварки сталей, алюминия, меди, никеля, титана и их сплавов.

Химический состав и диаметр проволоки для сварки сталей регламентирует ГОСТ 2246-70, где она классифицируется по группам и маркам стали. ГОСТ предусматривает три группы про­волок: низкоуглеродистую - 6 марок, легированную - 30 марок и высоколегированную - 36 марок. Она выпускается диаметром от 0,3 до 12,0 мм.

Химический состав проволоки для сварки меди и ее спла­вов (бронзы, латуни) регламентирует ГОСТ 16130-90, ГОСТ пре­дусматривает для сварки меди три марки проволок: Ml, M2P и МСР1. По сортаменту сварочная проволока изготавливается диа­метром от 0,8 до 8,0 мм.

Проволока для сварки алюминия и его сплавов. ГОСТ 78771-75 регламентирует сортамент и химический состав 15 марок сварочной проволоки, при этом 4 марки предназначены для сварки алюминия и 11 для сварки алюминиевых сплавов. В промышленности широко используются марки про­волоки, изготавливаемые по техническим условиям, обеспечи­вающие повышенные технологические, прочностные и антикор­розионные свойства.

Проволока для сварки магниевых сплавов. ГОСТ 14957-76 регламентирует химиче­ский состав 16 марок магниевых сплавов.

Проволока для сварки титана и его сплавов. ГОСТ 27265-87 регламентирует сортамент и химический состав 11 марок сварочной проволоки. Диаметры проволок со­ставляют от 1,4 до 7,0 мм.

Порошковая проволока представляет собой трубчатую про­волоку, заполненную порошкообразным наполнителем. Отноше­ние массы порошка к массе металлической оболочки 15-40%. Порошко­образный наполнитель представляет собой смесь минералов, руд, химикатов, ферросплавов. Он обеспечивает стабилизацию дуго­вого разряда, защиту металла от воздуха, раскисление и легиро­вание шва, регулирование процесса переноса электродного ме­талла, формирование шва и др.

По способу защиты порошковые проволоки делятся на са­мозащитные и используемые с дополнительной защитой зоны сварки газом или флюсами. По составу сердечника порошковые проволоки, выпускае­мые в настоящее время промышленностью, делят на пять типов: рутил-органические, карбанатно-флюоритные, флюоритные, ру-тиловые, и рутил-флюоритные. Название типа проволоки опреде­ляется наименованием основных составляющих сердечника. Проволоки первых трех типов применяют, как правило, без до­полнительной защиты. Проволоки рутилового и рутил-флюоритного типов используют для сварки в углекислом газе.

18. Оборудование, применяемое для вращения узла в процессе сварки.

Среди средств механизации сварочных процессов, выполняемых электродуговой сваркой, широкое применение нашла технологическая оснастка, в которую входят кантователи, вращатели, манипуляторы и позиционеры.

Кантователи - стационарные приспособления, позволяющие закреплять свариваемое изделие, поворачивать его и устанавливать в удобное для сварки положение. Служат для ручной и полуавтоматической сварки.

Применяемые в промышленности кантователи можно разделить на четыре типа: с приводными роликами, с торцовыми шайбами, цапковые, роликовые с жесткой кинематической связью.

Вращатели - устройства, предназначенные для вращения свариваемых изделий с заданной рабочей скоростью; в отличие от манипуляторов имеют неподвижную или перемещающуюся параллельно самой себе ось вращения.

Манипуляторы - устройства, обеспечивающие вращение изделия с заданной рабочей скоростью при различных углах наклона оси вращения изделия. Область применения - автоматическая и полуавтоматическая сварка.

Манипуляторы - позиционеры. К этой группе относятся механизмы, предназначенные удерживать изделия в удобном для сварки положения и обеспечивающие только маршевую (ускоренную) скорость вращаемого изделия при различных углах его наклона. Позиционеры применяют при ручной и полуавтоматической сварке.

К основным конструктивным элементам сварочных манипуляторов относятся стойки, опоры привода, токоподводящее устройство, поворотная платформа (планшайба), механизм вращения, наклона и подъема планшайбы, рама и силовой орган к зажимным элементам.

19. Как определяется температура предварительного подогрева?

Температура предварительного подогрева может быть опре­делена через эквивалент углерода. Он определяется по эмпириче­ским формулам.

Наиболее часто применяемые зависимости (на углеродистые низколегирован­ные и высоколегированные ста­ли данные зависимости не распространяются): C_Э=С_Х+С_Р, где Сх — химический эквивалент углерода; Ср — размерный ко­эффициент углерода. Сх = С + Мп/9 + Сг/9 + Ni/18 + Mo/12, С_Р=0,005δС_Х, где δ - толщина свариваемого металла. Температура предварительного подогрева в этом случае может быть определена по формуле .

В некоторых случаях размерный коэффициент не учиты­вают. При этом эквивалент углерода определяют по формуле Сэкв = С + Мп/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Си + Ni)/15. При этом температура предварительного подогрева опре­деляется по графику.

Предварительный подогрев должен обеспечить снижение скорости охлаждения до значения первой критической скорости охлаждения. Однако чрезмерный по­догрев приводит к очень медленному охлаждению шва и около­шовной зоны, что также неблагоприятно сказывается на процессе сварки, так как приводит к интенсивному росту зерна. Это в свою очередь снижает пластические свойства металла в зоне сварного соединения и его способность сопротивляться действию растяги­вающих напряжений.

20. Каким образом величина продольной и поперечной усадки зависит от параметров режима сварки.

При неравномерном нагреве свариваемых изделий в металле происходят деформации сжатия, растяжения и сдвига. В результате этих деформаций сварная конструкция приобретает перемещения и искажения формы.

Деформации продольного укорочения. Продольное укорочение проявляется в изменении первоначальных размеров свариваемых элементов в направлении продольной оси шва. Оно вызвано остаточными продольными пластическими деформациями укорочения. Для теоретического определения величины продольного укорочения вводится понятие усадочной силы Рус - фиктивное понятие. За величину Рус принимают такую сосредоточенную силу, которая эквивалентна распределенной по площади поперечного сечения зоны пластических деформаций силе и способна ликвидировать эти пластические деформации. В связи с неравномерностью ε_{пр. ост.} по ширине зоны пластического деформирования усадочную силу определяют путем интегрирования. Продольное укорочение определяется как решение задачи нагружения свободного от внутренних сил тела сосредоточенной внешней сжимающей силой Рус. Тогда продольное укорочение пластины можно найти по закону Гука. Величина Рус зависит от жесткости свариваемой конструкции и удельной погонной энергии сварки. Точных аналитических зависимостей для ее определения не существует. Из многочисленных экспериментальных формул следует выделить следующую: , где q – эффективная мощность, Дж/с; υсв – скорость сварки, см/с;k-все учитывающий коэффициент.

Деформации поперечного укорочения. В поперечном к шву направлении, также как и в продольном, происходит пластическое деформирование сжатия металла на стадии нагрева и пластическое растяжение при остывании. Остаточные поперечные пластические деформацииявляются сжимающими и формируются в результате сложения эпюр пластических деформаций на стадиях нагрева и охлаждения с учетом их знака. Поперечная усадка или поперечное сближение пластин Δпоп может быть определено путем интегрирования значенийпо ширине зоны bп. Чем ближе к оси шва находится точка, тем меньше ее поперечное перемещение. За зоной bп перемещения всех точек одинаковы и равны. Точки на оси шва никуда не перемещаются.

На величину поперечной усадки существенное влияние оказывает наличие зазора между свариваемыми кромками или его отсутствие, так как при небольших и нулевых зазорах происходит упирание кромок друг в друга впереди сварочной ванны, что препятствует сближению пластин. Реальные величины поперечного укорочения всего соединения изменяются в широких пределах в зависимости от вводимой при сварке энергии, способа сварки, зазора, условия закрепления пластин при сварке и определяются по приведенной выше зависимости с учетом эмпирического коэффициента A: .

21. УЗД и цветная дефектоскопия сварных конструкций.

В основе ультразвуковых методов контроля лежит использование колебаний определенной частоты, которые называются ультразвуковыми. Для выявления дефектов в сварных соединениях используют в основном три метода, отличающихся различными способами обнаружения дефектов: эхо-импульсный метод, теневой и зеркально – теневой.

Эхо-импульсный метод осуществляется путем ввода в изделие импульса ультразвука и приема отраженного от дефекта эхо-сигнала, являющегося признаком наличия несплошности. По времени между указанными импульсами судят о глубине залегания дефекта.

При теневом методе искатели располагают на противоположных поверхностях изделия. Ультразвук проходит от излучателя к приемнику через контролируемое сечение, а признаком наличия дефекта является уменьшение амплитуды (интенсивности) сигнала. Этот метод используется как в импульсном, так и в непрерывном режимах излучения ультразвука.

Зеркально – теневой метод отличается от других тем, что в этом случае о наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды эхо-сигнала, отраженного от противоположной (донной) поверхности изделия и ослабленного имеющимися несплошностями.

В основе капиллярной дефектоскопии лежит изменение контрастностей изображения поверхностных дефектов и фона, на котором они выявляются с помощью свето- и цветоконтрастных индикаторных жидкостей – пенетрантов.

При контроле капиллярными методами должны быть решены три основные задачи:

• заполнение полостей дефектов свето- или цветоконтрастными веществами;

• извлечение их на поверхность изделия;

• локализация пенетрантов у кромок дефектов и локализация индикаторного следа.

Контроль методами красок производится с помощью индикаторных жидкостей, в которые вводят специальные красители. Контролируемые поверхности очищают от различных загрязнений, наносят слой жидкого индикаторного состава, затем после выдержки, необходимой для заполнения поверхностных дефектов, избыток состава удаляют и производят проявление. После удаления избытков индикаторной жидкости поверхность сварного соединения насухо вытирают и с помощью кисти или пульверизатора наносят тонкий слой проявителя белого цвета.

Поверхность изделия просушивают теплым воздухом (50-600С). За счет диффузионных явлений оставшийся в полостях дефектов краситель выходит на поверхность и его следы ярко выделяются на белом фоне проявителя. Поверхность швов рекомендуется осматривать дважды – через 3-5 мин и через 20-30 мин после нанесения проявителя. Выявляемость дефектов ухудшается, если на сварное соединение или плакирующую наплавку наносят слишком толстый слой проявителя, при излишнем увеличении длительности промывки и протирки, а также, если температура изделия ниже 20⁰С.

22. Приемы и оборудование для гибки листового проката. Свойства металла при производстве операций правки и гибки.

Процесс гибки заключается в пластическом изгибе заготовки, при котором внутренние слои металла сжимаются и укорачиваются, нагруженные – растягиваются и удлиняются. Гибку выполняют при деформациях, исключающих образование трещин. Поэтому в зависимости от свойств, толщины, размеров и формы заготовок для каждого способа гибки и вида оборудования устанавливают предельно допустимые минимальные радиусы, при которых гарантируется необходимое качество гибки.

По принципу действия оборудование для гибки делиться на две группы: ротационные машины и прессы. К ротационным машинам относят листогибочные трех- и четырех валковые машины, листогибочные машины с поворотной гибочной балкой. Прессы, применяющиеся для гибки, разделяются на листогибочные кривошипные и гидравлические прессы и правильные-гибочные горизонтальные прессы.

Для гибки листового и полосового материала используют листогибочные трех- и четырех валковые машины, листогибочные машины с поворотной гибочной балкой, листогибочные кривошипные и гидравлические прессы и универсальные гидравлические и кривошипные прессы.

Листогибочные машины предназначены для гибки цилиндрических и конических обечаек из листового материала в холодном и горячем состоянии. Машины делятся на трехвалковые симметричные и асимметричные и четырехвалковые. При гибке на трехвалковых симметричных машинах верхний валок нажимает на заготовку, лежащую на нижних боковых валах, и изгибает ее. Боковые валки – приводные, вращаясь, перемещают заготовку, поэтому изгиб происходит равномерно по всей длине, заготовки получаются плоскими.

В ассиметричных трехвалковых машинах передний боковой валок смещен к середине, и заготовка изгибается при нажиме заднего бокового валка. В этих машинах приводным является верхний валок, а боковые валки имеют регулировку по высоте. Передний боковой валок регулируется, чтобы поджимать лист к верхнему валку.

В четырехвалковых машинах верхний валок - приводной. Гибочными является два боковых валка. Средний нажимной валок прижимает лист к верхнему валку. При гибке на этих машинах заготовка зажимается между верхним и средним валками при нажиме среднего валка, далее на заготовку нажимает правый боковой валок и происходит загибание концевого участка так же, как на трехвалковых ассиметричных машинах. Затем правый боковой валок опускается, включается привод вращения верхнего валка и осуществляется гибка заготовки по всей длине, включая второй концевой участок при нажиме левого бокового валка.

Минимальный радиус при изгибе входном состоянии принимается равным двадцатикратной толщине металла, при меньших радиусах применяется горячая гибка.

Листогибочные машины с поворотной гибочной балкой предназначены для гибки различных профилей из листового и полосового материала в холодном состоянии.

23. Какие критерии используются при обосновании способа сварки узла?

Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время способов сварки наибольшее применение в производстве имеют: ручная дуговая сварка штучным электродом; ручная дуговая сварка в защитных газах неплавящимся электродом; механизированная дуговая сварка в защитных газах и под слоем флюса (полуавтоматическая и автоматическая); контактная сварка (точечная, стыковая и шовная). У каждого способа имеются свои преимущества и недостатки. В монтажных условиях наиболее часто применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При сварке в закрытых помещениях при выполнении относительно непротяженных прямолинейных и криволинейных швов используют в основном полуавтоматическую дуговую сварку. Для соединения элементов металлоконструкций, прямолинейные, а также круговые и кольцевые протяженные швы применяют автоматические способы сварки: в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом с присадкой и без присадки, а также сварку под слоем флюса. Также учитывается тип производства, программа выпуска.

24. Варианты последовательности наложения швов с целью снижения остаточных деформаций.

25. Трёхстадийность процесса сварки. Классификация процесса.

При сварке условно различают три стадии: образование физического контакта; активация контактных поверхностей; развитие объемного взаимодействия.

Образование физического контакта – это процесс сближения атомов свариваемых поверхностей на расстояние, при котором возникает физическое воздействие, обусловленное силами типа сил Ван-дер-Ваальса. Сближение свариваемых поверхностей происходит, в первую очередь, за счет пластической деформации микро-выступов и приповерхностных слоев, обусловленной приложением внешних сжимающих усилий и нагревом металла.

Для образования химических связей требуется затрата некоторой энергии на активацию. Физически этот процесс обусловлен разрывом насыщенных связей, который приводит к появлению неспаренных электронов, способных участвовать в химическом взаимодействии.

Процесс схватывания твердых тел, в результате которого между атомами соединяемых поверхностей устанавливаются химические связи, происходит на активных центрах. Активный центр - это участок со свободными валентностями на поверхности твердого тела, а процесс их образования - активация поверхностей.

Образование активных центров возможно: механически - в процессе пластической деформации; при удалении с поверхности части самого металла или его очистке; с помощью скола кристалла или процесса хрупкого разрушения; и термически - вследствие реализации термоактивируемого процесса (само- и гетеродиффузии, движения вакансий и т.д.), приводящего к разрыву хотя бы части насыщенных химических связей поверхностных атомов.

При сварке одноименных или с близкими физико-механическими свойствами металлов активация контактных поверхностей происходит одновременно с образованием физического контакта в процессе их сближения при смятии отдельных микровыступов. Фактически после первой стадии наступает третья.

При сварке разнородных материалов с резко различной сопротивляемостью пластической деформации физический контакт образуется за счет материала, обладающего в условиях сварки меньшим сопротивлением деформации. Второй материал при этом начинает испытывать силовое воздействие с некоторым запозданием, и процессы, приводящие к активации его поверхности, идут более медленно.

Третья стадия - стадия объемного взаимодействия - наступает с момента образования активных центров. На этой стадии происходит развитие взаимодействия соединяемых материалов как в плоскости контакта с образованием прочных химических связей, так и в объеме зоны контакта. В плоскости контакта процесс объемного взаимодействия заканчивается слиянием дискретных очагов взаимодействия, а в объеме - релаксацией напряжений. При сварке одноименных металлов критерием завершения третьей стадии может служить образование общих зерен в зоне контакта. При сварке разноименных металлов необходимость развития или ограничения гетеродиффузии определяется свойствами диффузионной зоны и образующихся в ней фаз.

26. Статическая вольтамперная характеристика дуги и внешние вольтамперные характеристики источников питания.

Электрическая дуга - длительный электрический разряд в газах при нормальном атмосферном давлении. Между напряжением на электродах, величиной тока и длиной дуги существует связь, которую можно выразить графически.

Эта кривая называется статической вольтамперной характеристикой (ВАХ) дуги, из которой видно, что напряжение на дуге уменьшается с увеличением тока, потом почти не меняется, а затем опять возрастает. Такая характеристика получается только при медленном изменении тока. На самом деле в сварочной дуге изменения величины тока и длины дуги происходит очень быстро, а ионизация дугового промежутка не успевает за изменением режима сварки, и дуга гаснет. Для устойчивого горения дуги необходимо, чтобы источник питания мог быстро реагировать на изменение условий протекания тока в дуге.

Сварочная дуга горит в газовом промежутке, заполненном парами металла и парами обмазки. Пары металла и обмазки ионизируют столб дуги, и она горит устойчиво.

Одной из характеристик источников тока является внешняя вольтамперная характеристика, представляющая зависимость напряжения на выходных зажимах источника от силы тока нагрузки, которую можно выразить графически. Внешние вольтамперные характеристики источников питания сварочной дуги могут быть падающими (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока), жесткими (уменьшения напряжения с увеличением силы тока не происходит), возрастающими (при увеличении силы тока напряжение возрастает). Между статической вольтамперной характеристикой дуги и внешней характеристикой источника питания должно быть определенное соответствие.

Внешние вольтамперные характеристики источника питания дуги: 1- крутопадающая; 2- пологопадающая; 3- жесткая; 4- возрастающая

При совмещении вольтамперных характеристик источника питания и дуги можно определить основные параметры источников питания:- напряжение холостого хода;- ток короткого замыкания;- номинальное напряжение (рабочее);- номинальный ток (рабочий).

27. Принципы классификация конструкционных сталей.

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода. В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Существует несколько признаков классификации конструкционных сталей: по составу, по обработке, по назначению:

По составу конструкционные стали подразделяют на углеродистые и легированные.

По обработке улучшаемые, нормализуемые, цементуемые, азотируемые, мартенсивно-стареющие и т.д.

По назначению конструкционные стали делят на пружинные, шарикоподшипниковые, криогенные и т.п.

В свою очередь углеродистые стали могут быть:

• малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;

• среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

• высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%

Легированные стали подразделяют на:

• низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

• среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

• высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

Качество в зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

• Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

• Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

• Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

• Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Степень раскисления по степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

• спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами "сп" в конце марки (иногда буквы опускаются);

• кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами "кп";

• полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами "пс".

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

• сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

• сталь группы Б - по химическому составу;

• сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

28. Особенности автоматизации процесса дуговой сварки. Задачи автоматического управления процессом сварки.

Существует ряд особенностей автомати­зации сварки, отличающих ее от автомати­зации других технологических процессов.

Первая особенность связана с точностью обработки, в частности, с точностью рабочих движений инструмента и размеров обрабатываемых изделий. В сварочном производ­стве по сравнению с обработкой металлов требу­ется гораздо меньшая точность стабилизации и регулирова­ния параметров обработки. Излишняя точность сопровождается излишней сложностью оборудования и сложностью его эксплуатации.

Первая особенность автоматизации заключается в сравнительно невысоких требованиях, предъявляемых к точности сварочного технологического процесса. Эта осо­бенность в общем случае облегчает задачу автоматизации.

Вторая особенность связана с тем, что точность изго­товления заготовок и точность их сборки под сваркой часто выходит за пределы допустимые для автома­тической сварки. Повышение точности заготовительных и сборочных работ в сварочном производстве сопряжено с большими, так как существенно увеличивает их трудоемкость и ставит под сомнение целесообразность автоматизации.

Для автоматизации сварочного произ­водства необходимо слежение и обратные связи, корректи­рующие программу по фактическим отклонениям изделия от номинала (прямолинейность швов, величина зазора), либо необходимы устройства с предварительной запи­сью и «запоминанием» фактических линий, размеров швов и зазоров с тем, чтобы последующее движение автомата происходило по записанной программе, индивидуальной для каждого изделия.

Третья особенность связана с тем, что в процессе сварки вследствие неравномерности нагрева изделия могут возникать значительные температурные деформации свари­ваемых заготовок, искажающие форму шва и затрудняющие программное управление процессом сварки, даже если за­ранее будут учтены все неточности в замерах заготовок и в их сборке. Температурные сварочные деформации изделия учесть очень трудно. Поэтому при ожидаемых значитель­ных деформациях и невозможности определить их заранее система автоматизации должна быть снабжена обратными связями.

Таким образом, свароч­ное производство, сравнительно простое и грубое по классу точности, нуждается в сложной системе автоматиче­ского управления.

Непрерывно возрастающие требования к качеству сварных соединений могут быть удовлетворены лишь на основе использования систем автоматического управления процессом дуговой сварки, которые обеспечивают:

- стабилизацию параметров режима сварки;

- программное управление перемещениями рабочих органов сварочного оборудования;

- управление последовательностью операций – системы программного управления сварочными циклами;

- автоматизацию направления электрода по оси сварного соединения с помощью следящих систем;

- управление переносом металла, формированием и кристаллизацией сварных швов и др.

29. Сборка конструкций на прихватках. Требования к постановке прихваток.

Подготовка и сборка элементов конструкции под сварку во многом определяет качество сварных соединений и их эксплуатационную надежность.

Прихватку деталей выполняют следующим образом: с увеличением толщины свариваемых кромок увеличиваются высота, длина и шаг прихваток. Поперечное сечение прихватки 1/2 - 1/3 сечения полного шва.

В местах резких переходов, в острых углах, на окружностях с малым радиусом и в других местах концентрации напряжений установка прихваток как правило не разрешается. Прихватки также не следует устанавливать вблизи отверстий, на расстоянии менее 10 мм от отверстия или от края детали.

При прихватке фланцев, цилиндров, шайб, трубных соединений прихватки должны быть расположены симметрично. В случае двусторонней прихватке деталей прихватки следует располагать в шахматном порядке.

В тех случаях, когда сборочные приспособления, в которых закреплены элементы собираемого узла, пригодны для выполнения в них сварки, нет необходимости в постановке прихваток.

Последовательность выполнения прихваток листовых конструкций должна сводить до минимума коробление листов. Прихватку длинных листов начинают с постановки прихваток на одном, а затем на другом концах соединения, третью прихватку ставят посередине, остальные – между ними.

Прихватку протяженных листовых соединений в тавр начинают с середины соединения. Когда первая прихватка установлена, последующие прихватки ставят вначале от середины к одному концу, а затем от середины к другому концу.

Длина прихватки должна составлять (2-5)S, но не более 100 мм, а расстояние между ними (10-40)S, но не более 500 мм, где S – толщина. Для разнотолщинных и разнородных материалов длина прихватки должна составлять (1-5)S, но не более 50 мм, а расстояние между ними (5-20)S, но не более 250 мм, где S наименьшая толщина.

В случае, если собранные на прихватках детали подлежат транспортированию до сварки, их количество, расположение и размеры должны быть рассчитаны на транспортировочные нагрузки, в том числе от собственного веса.

Сварочный ток при прихватке обычно на 10% меньше тока, необходимого для сварки тех же деталей. Прихватку выполняют обычно электродами меньшего диаметра, чем для сварки. Длина дуги при этом должна быть короткой. При прихватке соединений из элементов разной толщины дугу направляют на элемент большей толщины.

Если в прихватке образовалась трещина, то в непосредственной близости от нее устанавливают новую прихватку, а прихватку с трещиной удаляют. Во всех случаях перед сваркой прихватки должны быть зачищены до полного удаления остатков шлака. Производят зачистку прихваток механическим способом до плавного перехода к основному металлу. При автоматической и полуавтоматической сварке продольных стыковых соединений начало и конец швов необходимо выводить на технологические планки, которые следует прихватывать или приваривать ручной дуговой сваркой.

30. Стальная проволока для сварки и наплавки. Условное обозначение. Влияние химического состава на свариваемость.

Сварочная проволока сплошного сечения используется для автоматической и полуавтоматической сварки, а также для изго­товления электродов и присадочных прутков. Сварочная проволока требуется для получения шва с необ­ходимыми геометрическими размерами, для обеспечения высоких эксплуатационных ха­рактеристик шва при минимальной склонности к образованию дефектов.

К сварочным проволокам предъявляют высокие требования по состоянию поверхности, предельным отклонениям по диамет­ру, овальности и другим показателям.

Химический состав и диаметр проволоки для сварки сталей регламентирует ГОСТ 2246-70, где она классифицируется по группам и маркам стали. ГОСТ предусматривает три группы про­волок: низкоуглеродистую - 6 марок, легированную - 30 марок и высоколегированную - 36 марок. Она выпускается диаметром от 0,3 до 12,0 мм.

Первоначально в марке проволоки указывается её назначение: сварочная или наплавочная. Затем две цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента. Далее указывают содержание леги­рующих элементов, которые обозначаются буквами. После буквы стоит цифра, указы­вающая его содержание в процентах. Повышение требований к чистоте проволоки по вредным примесям - серы и фосфора - отмечаются в марке буквами А и АА. В документации, которой сопровождается сварочная про­волока, указывается полное её обозначение, состоящие из шести позиций. В первой позиции указывается диаметр проволоки; во вто­рой - марка; в третьей - способ выплавки (ВД - вакуумно-дуговые печи; ВИ - вакуумно-индукционные печи; Ш - электрошлаковый переплав); в четвертой позиции проставляется позиция буква Э, если проволока предназначена для изготовления элек­тродов; в пятой проставляется буква О, если проволока выпуска­ется с омедненной поверхностью, и в шестой - стандарт на сва­рочную проволоку.

31. Причины образования горячих трещин при сварке меди и её сплавов.

Легкая окисляемость меди при высоких температурах приводит к засорению металла шва тугоплавкими окислами. Закись меди растворима в жидком металле и ограниченно - в твердом. С медью закись образует легкоплавкую эвтектику Си-Си₂О (Т_ПЛ 1064 С), которая сосредоточивается по границам зерен и снижает пластичность меди, что может привести к образованию горячих трещин.

Ввиду ограниченной по времени возможности металлургической обработки металла сварочной ванны (малое время существования из-за большой теплопроводности) необходимо введение энергичных раскислителей - фосфора, марганца при ограничении содержания кислорода до 0,03%; в особо ответственных не более 0,01%.

Применение фосфора для целей раскисления следует ограничивать, так как он также дает легкоплавкие эвтектики. Раскислитель, участвуя в металлургическом процессе сварки, не только раскисляет металл, но одновременно и легирует его, что может снизить его коррозионную стойкость и электропроводность.

Наличие некоторых примесей может способствовать склонности сварных соединений к образованию трещин. Элементы висмут, свинец дают легкоплавкую эвтектику. По этому должно быть резко ограничено содержание этих примесей (Bi < 0,002%; Pb < 0,005%), либо они должны быть связаны в тугоплавкие соединения введением в сварочную ванну таких элементов, как церий, цирконий, играющих одновременно роль модификаторов.

Высокий коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза больше, чем у стали) может вызвать при сварке повышенные температурные и остаточные сварочные напряжения и деформации. Сочетание высоких температурных напряжений со снижением механических свойств может способствовать образованию трещин. Для уменьшения деформации конструкции сварку ведут в жестком закреплении, по прихваткам. При повышенной толщине металла регулируют величину зазора.

Медь в расплавленном состоянии поглощает значительные количества водорода. При кристаллизации металла сварочной ванны с большой скоростью ввиду высокой теплопроводности меди и резким уменьшением растворимости водорода в металле атомарный водород не успевает покинуть металл за счет десорбции. Закись меди восстанавливается водородом с образованием паров воды, что приводит к образованию в шве пор и трещин.

В околошовной зоне диффузионно-подвижный водород взаимодействует с Сu2О, располагающейся по границам зерен; образующиеся пары воды, которые не растворяются в меди и не могут из нее выйти, создают в металле значительные напряжения, приводящие к образованию большого числа микротрещин. Это явление получило название водородной болезни меди. Для предупреждения водородной болезни меди следует снижать количество водорода в зоне сварки. Сродство меди к азоту весьма мало, поэтому азот можно использовать при сварке меди в качестве защитного газа.

32. Режимы работы источников питания: перемежающийся, повторно-кратковременный, продолжительный.

Источники питания могут работать в одном из следующих режимов: перемежающиеся; повторно-кратковременный; продолжительный.

В перемежающемся режиме работа под нагрузкой в течение времени чередуется с холостым ходом в течение времени, когда источник не отключается от сети (а).

а	б

Изменение нагрузки во времени при перемежающемся (а) и повторно-кратковременном (б) режимах работы источников питания

Такой режим имеет место при ручной дуговой сварке и полуавтоматической сварки. Режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки, который можно рассчитать, применяя выражение: .

Повторно-кратковременный режим - это когда рабочие периоды в течение времени чередуются с паузами в течение времени, во время которых источник питания отключается от сети (б).

Такой режим работы имеет место при механизированной автоматической сварке и характеризуется относительной продолжительностью включения, рассчитываемый по формуле , который обычно составляет 60% при времени цикла 10 мин.

В продолжительном режиме источник питания непрерывно работает под нагрузкой. Таковы режимы работы многопостовых источников питания и некоторых однопостовых источников при механизированной сварке

33. Причины образования остаточных напряжений в сварных соединениях.

Наиболее стабильный характер имеют остаточные напряжения в стыковых соединениях вдоль швов - σ_х. Распределение продольных напряжений имеет вид

Зона растягивающих напряженийb_р ограничена линиями слева и справа от металла шва, нагревавшегося до температуры 100 – 200 °С. В низкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталях наибольшие значения напряжений наблюдаются в сварном шве и их величина близка к пределу текучести. В титановых и алюминиевых сплавах максимальные напряжения составляют (0,5 - 0,8)σ_т. Причем у алюминиевых сплавов в районе максимума напряжений наблюдается провал.

В зонах сжатия слева и справа от зоны b_р напряжения мало меняются по величине, однако при сварке тонких пластин, когда возникает их изгиб, сжимающие напряжения вдалеке от шва могут быть близкими к нулю или даже растягивающими.

Всталях, испытывающих мартенситное и бейнитное структурные превращения, происходящие с разуплотнением структуры, а это обычно бывает при 300 - 400^оС в среднелегированных сталях, характер напряжений в шве и околошовной зоне значительно изменяется. Из-за разуплотнения структуры происходит существенное удлинение детали и возникновение напряжений сжатия в районе шва. Эпюра напряжений, соответствующая этому случаю.

При сварке таких сталей аустенитной присадкой эпюра продольных напряжений становится еще более сложной (б).

Рассмотренные закономерности распределения продольных напряжений σ_х в пластинах полностью относятся к угловым, нахлесточным и тавровым соединениям. Сварка угловых швов за один или два прохода вызывает остаточные напряжения, мало чем отличающиеся от напряжений при сварке встык. При многослойной сварке угловых швов существенное влияние начинает оказывать поперечная усадка металла. В случае если пластины не закреплены, а значит, нет препятствий относительному повороту листов в результате поперечной усадки, кроме продольных напряжений в соединениях, в корне шва образуются значительные поперечные растягивающие напряжения σ_у. При сварке углового шва в конструкции, когда относительный угловой поворот отсутствует, в корне шва образуются сжимающие напряжения σ_у.

Сварку нахлесточного и таврового соединения в отношении образования остаточных напряжений можно рассматривать как наплавку валика на лист, и на кромку. В общем случае тепло может быть распределено между свариваемыми элементами с колебаниями в широких пределах. Это относится, прежде всего, к ручной дуговой сварке. При сварке таврового профиля швы укладываются на некотором расстоянии от центра тяжести его поперечного сечения. Продольные пластические деформации укорочения в районе сварного шва вызывают в этом случае изгиб тавра. В результате остаточные напряжения в стенке тавра дважды меняют свой знак. Остаточные напряжения в стенке двутавра являются преимущественно растягивающими.

Для толщин до 15 - 20 мм помимо продольных напряжений σ_х в пластинах возникают поперечные напряжения σ_у и касательные τ_xy, однако они имеют весьма неопределенные эпюры и невелики по уровню. Касательные напряжения обычно наблюдаются лишь у концов свариваемых пластин.

34. Система саморегулирования дуги при сварке плавящимся электродом.

Особенность электрических дуг при сварке плавящимся электродом является присущее им свойство самовыравнивания энергетического состояния в условиях возмущающих воздействий. Это явление называется саморегулированием дуги; его использование позволило создать автоматы для дуговой сварки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки без применения дополнительных регуляторов.

В результате эксплуатации сварочных головок с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, использующих эффект саморегулирования дуги, установлено, что процесс восстановления режима сварки реализуется только при высоких плотностях тока.

Простейшие системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги (тока и напряжения) состоят из механизма подачи электродной проволоки МП, дуги Д и питающей системы ИП. Их называют системами автоматического регулирования дуги саморегулированием (АРДС). В этих системах механизм подачи электрода МП – задающий орган, а постоянная скорость подачи электрода V_п – задающий параметр. С его помощью устанавливается требуемая сила тока I_з .

Процесс саморегулирования дуги заключается в том, что любое отклонение длинны дуги в соответствии с ее регулировочной характеристикой вызывает изменение напряжения. В свою очередь изменение напряжения при полого падающей характеристике источника питания приводит к значительному отклонению дуги. Это в свою очередь, вызывает пропорциональное изменение скорости плавления электрода, в результате чего при постоянной скорости подачи электрода длина дуги и ее электрические параметры достигают заданных значений.

Аналитическое выражение для характеристики автомата можно найти, решая совместно уравнения плавления электрода и скорости его подачи. V_Э=к_ст·I_д - к_сн·U_д, V_П=const, где V_Э – скорость плавления; V_П – скорость подачи; к_ст и к_сн – коэффициенты саморегулирования по току и напряжению дуги. В установившемся режиме скорость плавления электрода равна скорости его подачи, то есть V_Э= V_П или V_П=к_ст·I_д - к_сн·U_д, откуда уравнение регулировочной характеристики автомата будет иметь вид: I_д= I_з+ U_д· к_сн/ к_ст, Характеристика является геометрическим местом точек возможных режимов сварки, полученных при действии различных возмущений и при отработке их автоматом. Она в координатах U – I представляет собой прямую, наклоненную к оси ординат под углом α. Наклон характеристики вызван влиянием напряжения дуги на скорость плавления электрода. Точка пересечения регулировочной характеристики автомата с ВАХ ИП определяет установившийся режим сварки. Изменение длины дуги на положение этих характеристик не влияет, следовательно в установившемся режиме отклонения тока и напряжения дуги не будет. При уменьшении длины дуги изменяется положение ее статической характеристики. Это приведет к увеличению тока дуги и соответственно скорости плавления электрода. Так как V_Э станет больше V_П, то при постоянной скорости подачи вызовет увеличение длины дуги до заданной. При этом с уменьшением наклона характеристики источника питания отработка этого возмущения происходит интенсивней.

35. Приемы и оборудование для получения толстолистовых заготовок.

Основным способом получения толстолистовых заготовок является термическая резка:

Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более.

Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка.

Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов.

Плазменно-дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух.

36. Порошковая проволока, её преимущества по сравнению с проволокой сплошного сечения.

Порошковая проволока — это трубчатая проволока, заполненная флюсом и металлическим порошком. Эту проволоку используют в процессе MIG/MAG — сварки. Проволока изготавливается из ленты путем холодного формования в U-образной форме с последующим наполнением флюсом или металлическим порошком. Затем проволока растягивается до нужного диаметра с помощью экструдера.

Сварка открытой дугой порошковой проволокой является одним из перспективных способов и имеет ряд преимуществ перед проволокой сплошного сечения:

— надёжное сплавление кромок – нечувствительность к непроварам;

— хорошая смачиваемость кромок; переходы без подрезов; гладкая поверхность сварного шва;

— низкая склонность к образованию трещин;

— небольшое разбрызгивание при сварке;

— высокая стабильность сварочного процесса;

— дополнительная защита расплавленного металла и капель; повышенная надежность против образование пор;

— реакция в сварочной капле – дополнительное легирование;

— высокая способность к перекрыванию зазора;

— пониженная скорость охлаждения сварочной ванны и шва;

— возможность производства небольших партий проволоки.

37. Выбор формы подготовки кромок под сварку для обеспечения полного провара.

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента: зазор b, притупление с, угол скоса кромки beta и угол разделки кромок alfa, равный beta или 2 beta

Существующие способы дуговой сварки без разделки кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины при односторонней сварке ручной - до 4 мм, механизированной под флюсом - до 18 мм. Поэтому при сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки. Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину.

Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа варки и типа соединения изменяется в пределах от 60 ± 5 до 20 ± 5 градусов. Тип разделки и величина угла разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6- 1,7 раза. Стыковые соединения с V-обраэным скосом кромок рекомендуется применять на металле толщиной 3-26 мм. При большой толщине резко возрастает масса наплавленного металла. При толщине металла до 60 мм применяется Х-образный скос кромок. Уменьшается время на обработку кромок. В этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны шва в неудобном потолочном положении или кантовать свариваете изделия.

Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назначение - обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5-2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более.

Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (так называемое усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма так называемого обратного валика. В стыковых, особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.

Важное значение также имеет образование плавного перехода металла лицевого и обратного валиков к основному металлу, так как это обеспечивает высокую прочность соединения при динамических нагрузках. В угловых швах также бывает трудно проварить корень шва на всю его толщину, особенно при сварке наклонным электродом. Для этих швов рекомендуется вогнутая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основному металлу, что снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединения при динамических нагрузках.

38. Сварочные покрытые электроды, назначение покрытия. Основные компоненты покрытия электродов для сварки сталей.

Ручная дуговая сварка производится покрытыми электродами, конструктивно представляющими собой металлический стержень с нанесенным на него опрессовкой под давлением покрытием соответствующего состава (рис. 1). Покрытие электрода обеспечивает: Основное назначение электродных покрытий - обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость, стойкость против коррозии и т. п.). Стабильность горения сварочной дуги достигается снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью.

Шлак, образующийся при расплавлении покрытия, создает на поверхности расплавленного металла защитный покров, а кроме того, служит для защиты капель электродного металла, переходящих через дуговой промежуток, от воздействия кислорода и азота воздуха путем образования на их поверхности шлаковых оболочек.

Шлак, покрывающий сварной шов, уменьшает скорость охлаждения и затвердения металла шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений. Шлакообразующими компонентами являются: титановый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и др., Легирование металла шва производится для придания специальных свойств наплавленному металлу. Наиболее часто применяются такие легирующие компоненты, как хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан и др. Чаще металл шва легируют введением легирующих компонентов в состав покрытия электрода. Для повышения производительности, т. е. для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени, в электродные покрытия иногда вводят железный порошок, что улучшает технологические свойства электродов и повышает производительность сварки.

39. Единая система обозначения источников питания для сварки.

Все сварочные источники питания, выпускаемые предприятиями, имеют единую систему обозначения. Как правило, эти обозначения состоят из букв и цифр – ТД-500, ТДМ-317, ТДЭ-402, ВДУ-505, ВДГМ- 1602У3.

В условном обозначении:

- первая буква обозначает тип изделия: Т-трансформатор, В- выпрямитель, Г- генератор, П- преобразователь, А-агрегат, У- установка;

- вторая буква - вид сварки: Д- дуговая, П- плазменная;

- третья буква обозначает способ сварки: Ф-под слоем флюса, Г- в среде защитных газов, У-универсальный источник питания (данный источник имеет и падающую, и жесткую вольтамперную характеристику). Если в обозначении источника питания третья буква отсутствует, то он предназначен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Иногда в обозначении источника питания третья буква ставится М – механическая регулировка сварочного тока (ТДМ-317, ТДМ-165) или Э – с электрическим регулированием сварочного тока (ТДЭ-101, ТДЭ-402);

- четвертая буква поясняет назначение источника: М- многопостовой, И- для импульсной сварки.

После тире первая одна или две цифры в обозначении показывают номинальный сварочный ток (округленно до сотен ампер), а оставшиеся две цифры – регистрационный номер изделия. Пример: ТД-500 трансформатор для дуговой сварки однопостовой с номинальным током 500 А, регистрационный номер 00; ТДФ 1001 – трансформатор для дуговой сварки под слоем флюса с номинальным током 1000 А, регистрационный номер 01.

Следующая за цифрами буква обозначает климатическое исполнение: У- для стран с умеренным климатом, Т- для стран с тропическим климатом.

Последняя цифра в обозначении соответствует категории размещения источника:

1 - для работы на открытом воздухе;

2 - в помещениях, где колебания температуры не существенно отличаются от колебаний температуры на открытом воздухе;

3 - в закрытых помещениях, где колебания температуры и влажности существенно отличаются от колебаний температуры и влажности на открытом воздухе;

4 - в помещениях с искусственным регулированием климатических условий;

5 - в помещениях с повышенной влажностью.

Пример обозначения источника питания: ВДГМ-1601У3 – выпрямитель для дуговой сварки в среде защитного газа многопостовой с номинальным сварочным током 1600 А, регистрационный номер 01, для стран с умеренным климатом, для работы в закрытых помещениях, где колебания температуры и влажности существенно отличается от колебаний температуры и влажности на открытом воздухе.

40. Особенности поведения металлов при низких температурах. Понятие хладостойкости и хладоломкости.

Об изменении свойств металлов при понижении температуры судят, ориентируясь на их свойства при комнатных температурах. Следует различать поведение металлов, установленное на гладких образцах и при статическом нагружении, и поведение металлов при испытании образцов с надрезами при статическом или ударном нагружении. У большинства металлов при понижении температуры происходит увеличение предела прочности, предела текучести, твердости, что может служить поводом для повышения уровня допускаемых напряжений и облегчения конструкции, однако сделать это удается редко по следующим причинам.

Многие конструкции эксплуатируются как при низких, так и при повышенных температурах, что заставляет ориентировать на пониженные значения предела текучести и предела прочности. Почти во всех деталях и конструкциях имеется концентрация напряжений, а с понижением температуры чувствительность большинства металлов к надрезам возрастает.

Характер изменения свойств металлов при понижении температуры зависит от ряда факторов - вида кристаллической решетки, химического состава, величины зерна, термообработки – и проявляется по-разному в зависимости от условий нагружения и напряженного состояния. Металлы и сплавы, у которых с понижением температуры предел текучести по сравнению с пределом прочности повышается незначительно, относятся к хладостойким (γ-Fe, Al, Cu). Металлы и сплавы, у которых предел текучести повышается значительно сильнее, чем предел прочности, пластичность заметно снижается, относятся к хладноломким (α-Fe, Cr).

С понижением температуры можно выявить ряд особенностей в изменении свойств:

• пластичность обычно уменьшается более резко у конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. иногда происходит увеличение пластичности у алюминиевых и медных сплавов.

• сопротивление усталости при переменных нагрузках в большинстве случаев возрастает.

• чувствительность к концентрации напряжений при острых надрезах возрастает, а ударная вязкость уменьшается, особенно для металлов, имеющих ярко выраженную область температур перехода от вязкого к хрупкому состоянию.

• понятие хрупкого разрушения следует связывать с энергоемкостью распространения разрушения - глубиной зоны пластической деформации, возникающей при прохождении трещины, и значением пластической деформации у поверхности разрушения.

• при значительной пластической деформации, возникающей как на поверхности, так и в глубине, поверхность излома волокнистая (вязкое разрушение). при отсутствии пластической деформации или крайне малом ее значении поверхность излома кристаллическая (хрупкое разрушение). промежуточные значения занимают полухрупкие разрушения.

• понижение температуры, увеличение скорости нагружения, концентрации напряжений способствуют переходу от вязких форм разрушения к хрупким.

41. Холодная сварка. Параметры процесса. Область применения.

Холодная сварка - способ соединения деталей при комнатной (и даже отрицательной) температуре без нагрева внешними источниками. Сварка осуществляется с помощью специальных устройств, вызывающих одновременную направленную деформацию предварительно очищенных поверхностей и нарастающее (до определенной границы) напряженное состояние, при котором образуется монолитное высокопрочное соединение.

Холодной сваркой можно соединять алюминий, медь, свинец, цинк, никель, серебро, кадмий, железо и т.д. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими способами сварки при соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих интерметаллиды.

По природе холодная сварка - сложный физико-химический процесс, протекающий только в условиях пластической деформации. Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях, даже прилагая любые удельные сжимающие давления на соединяемые заготовки, практически невозможно получить полноценное монолитное соединение.

Качество сварного соединения определяется исходным физико-химическим состоянием контактных поверхностей, давлением (усилием сжатия) и степенью деформации при сварке. Перед сваркой необходима тщательная предварительная подготовка контактных поверхностей.

Точечная сварка – наиболее простой и распространенный способ холодной сварки. Она позволяет заменить трудоемко клепку и контактную точечную сварку.

При точечной сварке зачищенные детали 1 устанавливаются внахлестку между пуансонами 2, имеющими рабочую часть 3 и опорную поверхность 4. При вдавливании пуансонов сжимающим усилием Р происходит деформация заготовок и формирование сварного соединения. Опорная часть пуансонов создает дополнительное напряженное состояние в конечный момент сварки, ограничивает глубину погружения пуансонов в металл и уменьшает коробление изделия.

Схема холодной точечной сварки (а), геометрия сварного соединения (б)

Отожженные металлы рекомендуется сваривать круглым пуансоном, а нагартованные - прямоугольным или более сложным. Рациональный диаметр рабочей части круглого пуансона составляет: d = (1,8 – 3,5)×d, где d - толщина металла в пределах 0,8-5 мм. Ширина прямоугольного пуансона b = (1-3)×d, а его длина l = (2-3)×b.

В конечный момент сварки общее давление состоит из давления на пуансон и на опорную часть, создающего обжатие точки P = P×Fт + Pоп×Fоп , где Fт и Fоп - площадь рабочей и опорной части пуансона; Р и Pоп - удельное давление на рабочей и опорной площади. Удельное давление ориентировочно можно выбирать по зависимости P = 3т, где т - предел текучести свариваемого металла.

Холодная шовная (роликовая) сварка характеризуется непрерывностью монолитного соединения. По механической схеме эта сварка аналогична холодной сварке прямоугольными пуансонами.

42. Точность сборки и сварки конструкций. Класс и квалитет точности.

В каждом изделии детали разного назначения изготавливают с различной точностью. Степень точности характеризуют квалитетом. Под квалитетом (с франц. gualite — качество) понимают совокупность допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью для всех номинальных размеров данного диапазона. В пределах одного квалитета точность зависит только от номинального размера. Система стандартов СЭВ для всех диапазонов размеров устанавливает 19 квалитетов, которые имеют номера 01, 0, 1, 2, .. 16, 17. Чем меньше номер, тем выше степень точности.

Классы точности в машиностроении, характеристика точности изготовления изделия (детали, узла), определяемая значениями допусков, указанных в стандартах. К. т. отдельных геометрических параметров являются составной частью стандартных систем допусков и посадок для типовых соединений в машиностроении распространяются на допуски данного геометрического параметра в любых изделиях.

В большинстве стандартных систем допуски во всех К. т. определяют на основе единицы допуска i, зависящей от номинального размера. Для каждого К. т. при подсчёте допуска выбирают определённое число единиц допуска, которые составляют геометрическую прогрессию обычно со знаменателем 1,6 , реже 1,25 или 2. В каждой системе допусков существует несколько К. т. Они обозначаются порядковыми номерами. Обычно номер К. т. возрастает с увеличением допусков. Например, в системе допусков ОСТ для цилиндрических соединений при размерах от 1 до 500 мм имеются К. т.: 1, 2, 2а, 3, 3а, 4, 5, которые используют, как правило, для сопрягаемых размеров, и 7, 8, 9, 10 — для неответственных, так называемых свободных размеров. Установлены также классы точнее 1-го, обозначаемые (в порядке уменьшения допуска) 09, 08, 07, 06, 05, 04, 03, 02 и предназначенные для измерительных средств (калибры, концевые меры) и деталей в особо точных соединениях (посадки прецизионных подшипников). В системе ИСО — 18 основных К. т. (иногда их называют квалитетами), обозначаемых номерами 01, 0, 1, 2,..., 16.

К. т. устанавливаются на некоторые изделия в целом. В этом случае на машину, прибор или узел разрабатывают стандарты, в которых определяют допуски основных эксплуатационных показателей, а также др. свойств изделия, влияющих на точность его работы. Например, К. т. металлорежущего станка определяют отклонения размеров и геометрической формы поверхностей деталей, обработанных на этом станке, а также предельные погрешности базирующих поверхностей станка, предельные погрешности взаимного перемещения рабочих органов станка и т.п.; К. т. подшипников качения — предельные погрешности вращения подшипников, а также точность выполнения их монтажных поверхностей.

К. т. — важная эксплуатационная, технологическая и экономическая характеристика изделия, определяющая степень приближения параметров изделия к их расчетным значениям. От К. т. зависят точность сборки, трудоёмкость и стоимость изготовления, выбор оборудования для обработки и контроля. К. т. может влиять на выбор материала изделия, его конструкцию и др. свойства.

43. На поверхность массивного тела наплавляют валик под слоем флюса длиной 100 мм. Режим наплавки: I = 300 A, U = 40 В, vсв = 1 мм/с. Теплофизические свойства металла: , а = 8 • 10-6 м2/с. Рассчитать температуру точки М (-10, 0, 0) через 10 с. после окончания наплавки.

Всоответствии с заданным способом сварки принимаем тепловой КПД равным 75%.

Мощность источника теплоты

Дж/с.

Теплофизические свойства металла:

Вт/(м·К); м²/с.

При наплавке действительный точечный источник на длине шва 100 мм перемещается со скоростью  = 1 мм/с. Длительность его действия t_k = l/ = 100/1 = 100 с.

После окончания сварки фиктивный источник и сток, двигаясь с той же скоростью, через 10 с находятся в точке, удаленной от конца шва на расстояние х_м

х_м =  t_H = 110 = 10 мм.

Координаты конца шва относительно фиктивного источника и стока

х_к = - х_м = -10мм = 0,01м; у_к = 0; z_к = 0.

Радиус вектор точки К относительно фиктивного источника:

Предельные температуру конца шва определим по формуле для точечного источника на поверхности полубесконечного тела:

Длительность действия действительного и фиктивного источников t = 100 + 10 = 110 c. Длительность действия фиктивного стока t – t_k = 10 с.

Безразмерные критерии для нахождения коэффициентов теплонасыщения: расстояния

начала шва ;

середины шва ;

конца шва .

Соответствующие коэффициенты теплонасыщения по номограмме:

конца шва ψ₃ = 0,99 и ψ₃^΄ =0,6.

Температуры через 10 с после окончания наплавки:

конца шва Т_K = 1099(0,99 - 0,6) = 429 K.

44. Устройство балластного реостата. Его назначение.

Назначение балластного реостата – создание падающей характеристики на каждом посту и регулирование сварочного тока. Реостатом производится ступенчатая регулировка сварочного тока в широких пределах (20 ступеней).

Реостат состоит из 5 ступеней сопротивлений, которые при помощи пяти рубильников могут включаться в цепь сварочной дуги.

Схема балластного реостата

Каждая ступень включает в себя несколько элементов сопротивлений, которые выполнены из проволоки или ленты с большим удельным сопротивлением.

Первая ступень - минимальный ток. Пятая ступень – максимальный ток.

Выпускаются балластные реостаты типа РБ-201, РБ-301 и РБ-501

Балластный реостат РБ-201 регулирует сварочный ток от 10 до 200 А через каждые 10А.

Балластный реостат РБ-301 регулирует сварочный ток от 15 до 300 А через каждые 15 А

Балластный реостат РБ 501- от 25 до 500 А через каждые 25 А.

45. Сущность метода сварки взрывом. Область применения.

Сварка взрывом – сравнительно новый перспективный технологический процесс, позволяющий получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими способами затруднена.

Сварка взрывом - процесс получения соединения под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества. Принципиальная схема сварки взрывом: неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом  = 2-16 на заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд 2 ВВ. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5. После инициирования взрыва детонация распространяется со скоростью D нескольких тысяч метров в секунду.

Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость V_н порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под углом , который увеличивается с ростом отношения V_н/D. В месте соударения возникает эффект кумуляции - из зоны соударения выбрасывается с очень высокой скоростью кумулятивная струя, состоящая из металла основания и облицовки. Эта струя обеспечивает очистку свариваемых поверхностей в момент, непосредственно предшествующий их соединению. Со свариваемых поверхностей при обычно применяемых режимах сварки удаляется слой металла суммарной толщины 1-15мкм. Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев металла.

В результате деформации и нагрева происходит развитие физического контакта, активация свариваемых поверхностей и образование соединения.

Исследование пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки показало, что прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал, и в частности в зоне инициирования взрыва, прочного соединения не было получено. Очевидно, что "лобовой" удар метаемой пластины в основание без тангенциальной составляющей скорости и сдвиговой деформации в зоне соединения не приводит к сварке.

В ряде случаев при сварке пластин используется схема, при которой перед сваркой отгибается конец метаемой пластины. Отгиб осуществляется на длине 100-150 мм под углом 2°. Сварочный зазор на участке параллельного расположения метаемой пластины и основания составляет 6-8 мм. Эта схема сварки позволяет сохранить постоянство параметров процесса по всей облицовываемой поверхности. Это обеспечивает более стабильное качество соединения по сравнению с угловой схемой.

Сварку взрывом применяют для плакирования различных поверхностей от плоских до поверхностей сложной формы, а также внешних и внутренних поверхностей цилиндрических изделий.

46. Методы очистки поверхности листового проката.

Очищают листовой металл от окалины, ржавчины, масла и других загрязнений, вызывающих дефекты в сварных швах, вручную   абразивными   кругами,   стальными   щетками   или   на специальных   установках.   Процесс  очистки  весьма   длителен   и трудоемок. При изготовлении металлоконструкций с использованием большого количества листового проката применяют поточную линию дробеметной очистки. С приемного стола-конвейера через листоправйльные вальцы  листы поступают на выходной конвейер, откуда листоукладчиком устанавливаются в вертикальном положении на конвейер  и далее последовательно перемещаются через дробеметные камеры, подвергаясь при этом с двух сторон очистке дробью, выбрасываемой дробеметными аппаратами.

Для очистки металла широко применяют химический метод. Сущность его состоит в травлении в растворах кислот, промывке водой, нейтрализации остатков кислоты в щелочном растворе, промывке водой, пассивировании и сушке. Применяют два метода химической очистки: ванный и струйный. Ванный метод заключается в последовательном окунании металла в соответствующих ваннах с определенной выдержкой. Из-за большой продолжительности очистки (1—2 ч) метод малопроизводителен. При струйной очистке компоненты, входящие в состав растворов, значительно интенсивнее реагируют с ржавчиной и окалиной благодаря их ударному действию. Струйный метод позволяет организовать наиболее производительные и механизированные поточные линии.

Кроме этих методов применяют также сравнительно новый и эффективный способ очистки иглофрезой, представляющей собой микрорезцовую фрезу, которая имеет несколько тысяч режущих кромок. В процессе работы при реверсировании вращения иглофреза самозатачивается и может непрерывно работать 200—300 ч. Иглофрезы могут обрабатывать любые металлы и сплавы высокой твердости, работают бесшумно и без охлаждения.

47. Приемы и оборудование для вырезки заготовок.

При изготовлении деталей сварных конструкций применяются следующие виды резки: резка на ножницах, резка на отрезных станках, термическая резка, резка в штампах на станках.

Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц. Под давлением верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл на глубину 0,2…0,4 толщины, а затем скалывание металла по поверхности между остриями режущих кромок.

Большинство ножниц предназначено для прямолинейной резки. Фигурная резка может производиться на ножницах высечных, двухдисковых с наклонными ножами и ручных механизированных. Для поперечной резки фасонного и сортового материала применяются пресс-ножницы комбинированные, ножницы комбинированные, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, ножницы сортовые.

Отрезные станки. Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем я на ножницах, и качество резки более высокое. Отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.

Термическая резка. Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более. Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка.

Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов. Кислородной резке поддаются металлы, у которых температура воспламенения ниже температуры его плавления и температуры плавления окислов ниже температуры воспламенения и плавления металла. (5-300 мм)

Плазменно – дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух. Плазменно-дуговая резка практически применения к любым металлам. (до 28 мм, цветные металлы до 60-80мм).

Плазменно-дуговая резка производиться на больших скоростях и обеспечивает лучшее качество реза, чем при кислородной резке. Кроме того, при плазменной резке деформации металла значительно меньше, чем при кислородной резке. Кислородная резка в отличие от плазменно-дуговой резки можно осуществлять на многорезаковых машинах.

48. Состав и применение электродов с кислым, основным, рутиловым и целлюлозным покрытиями.

Кислое (руднокислое) покрытие, основу составляют оксиды марганца, железа, и кремния, может быть средней или повышенной толщины. Шлаки носят отчетливо выраженный кислотный характер. Газовую защиту в этих электродах обеспечивают, обычно, небольшие добавки органических компонентов. В качестве раскислителя и легирующего компонента используют ферромарганец. Преимущества: достаточно высокую скорость расплавления, возможность сварки на форсированных режимах; толстопокрытые электроды с руднокислым покрытием обладают высокой проплавляющей способностью. С металлургической точки зрения этим электродам присущ ряд существенных недостатков: металл шва имеет, повышенное содержание углерода, кислорода, фосфора и серы. Вследствие этого металл шва чувствителен к образованию холодных и горячих трещин. Область их применения ограничена, в настоящее время не применюятся.

Основное покрытие построено на базе карбоната кальция (карбоната магния) и плавикового шпата. В состав покрытия вводят также минеральные силикаты (гранит) и раскислители (ферромарганец, ферротитан). Основное покрытие используют, в электродах, предназначенных для сварки ответственных конструкций, и в электродах спец назначения. С металлургической точки зрения образующийся шлак, содержащий оксиды кальция, кремния, железа, носит основной характер. Отделимость хуже, чем титаносодержащих шлаков рутиловых и целлюлозных электродов.

Преимуществами покрытия являются высокая пластичность металла шва и повышенная стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это объясняется пониженным содержанием в нем кислорода и водорода. Электроды обладают широкими возможностями легирования, так как легирующие элементы не окисляются. Недостатки: чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия, при наличии влаги, окалины и ржавчины на кромках. УОНИ 13/45.

Рутиловое покрытие (Р). Его основу составляет рутиловый концентрат TiO₂ (до 45%), а также алюмосиликаты (полевой шпат) и карбонаты (мрамор). Рутиловый концентрат обеспечивает шлаковую защиту. Газовая защита обеспечивается введением органических соединений (до 5%). Механическим характеристики занимают промежуточное положение между кислыми и основными покрытиями. Их сварочно-технологические свойства достаточно высокие. Наличие карбоната кальция способствует удалению серы и фосфора. Кислорода в свободном виде меньше, чем у кислых, так как TiO₂ достаточно стойкий оксид. Стойкость к образованию пор выше, чем у основных. Они не так чувствительны к увеличению длинны дуги. За счет рутила обладают короткими шлаками, поэтому используется для сварки во всех пространственных положениях (при отсутствии железного порошока). Для сварки легированных сталей не используется, происходит окисление легирующих элементов. МР-3.

Целлюлозное покрытие (Ц) строится на основе органических соединений. В своем составе содержит до 50% газообразующих компонентов (целлюлоза). Шлакообразующими добавками являются рутиловый концентрат, мрамор, их количество невелико, поэтому сварочная ванна достаточно вязкая, что позволяет хорошо выполнять швы во всех пространственных положениях. Поскольку основу составляют органические соединения, толщина покрытия электрода малая, что дает возможность осуществлять сварку в труднодоступных местах. Основной недостаток электродов с целлюлозным покрытием – повышенное разбрызгивание (до 15%) связанное с малым количеством шлакообразующих компонентов и большим поверхностным натяжением расплавленного металла. Область их применения – сварка первого слоя (труднодоступного) неповоротных стыков трубопроводов. ВСЦ-4

49. Неплавящиеся электроды, их характеристика и свойства.

Неплавящиеся электроды применяют главным образом для сварки в защитном газе и плазменной сварки и резки. Неплавящимися электродами служат вольфрамовая проволока - прутки. Вольфрам — тугоплавкий металл, температура его плавления достигает 4500°С, поэтому при сварке его расход незначителен. Применение вольфрамовых электродов позволяет осуществлять аргонодуговую сварку различных высоколегированных сталей и цветных металлов без присадочного или с присадочным материалом, обеспечивая при этом хорошую защиту зоны сварки инертным газом. ГОСТ 23949—80 предусматривает несколько марок вольфрамовых электродов:

- ЭВЧ, которые изготовляют из вольфрама без легирующих примесей и поставляют в виде прутков диаметра 1-10 мм, и в мотках при диаметре проволоки 0,5 мм;

- лантанированные ЭВЛ с присадкой 1—1,4 % оксида лантана - выпускают в прутках. Они улучшают стабильность горения дуги и уменьшают расход электродов при сварке;

- иттрированные ЭВИ-1 с присадкой 1,5—2,3% оксида иттрия обеспечивают более легкое зажигание дуги и малый расход электродного металла.

- использование электродов из торированного вольфрама в связи с их радиоактивностью (незначительной) связано с определенными ограничениями.

В качестве материала для электродов, работающих в кислородсодержащих средах, используют гафний и цирконий. Теплофизические свойства этих материалов ниже чем у вольфрама, они менее подвержены окислению в кислородсодержащих средах. Для улучшения теплоотвода и повышения термической стойкости при высокой температуре эти электроды заключают в медные державки, укрепленные в плазмотронах.

Кроме вольфрама, гафния и циркония неплавящимися электродами служат угольные и графитизированные стержни, применяемые для воздушно-дуговой резки стали и сварки меди. Угольные электроды изготовляют путем прессования и последующей термической обработки угольного порошка. Их изготовляют в виде стержней круглого и прямоугольного сечения. Для воздушно-дуговой резки изготовляют стержни круглого сечения марки ВДК, диаметром 6, 8, 10, 12 мм и длиной 300 мм, а также плоские стержни марки ВДП, сечением 5x12 и 5х18 мм и длиной 350 мм. Для сварки изготовляют круглые стержни диаметром 4—18 мм и длиной 250 мм. Для улучшения теплофизических свойств и большей стойкости угольные стержни подвергают графитизации путем термической обработки при температуре 2600 °С. Графитизация уменьшает сопротивление электродов в 4 раза, поэтому они меньше нагреваются, меньше окисляются (сгорают) и применяются при токе большей величины. Для этой же цели применяют омеднение поверхности электродов. При сварке алюминия и его сплавов вольфрамовым электродом необходимо применять переменный ток и электроды ЭВЛ или ЭВИ. Сварка и резка угольным электродом, а также плазменная резка возможны только постоянным током прямой полярности. Сварка цветных металлов (кроме алюминия) вольфрамовым электродом должна выполняться постоянным током прямой полярности.

50. Флюсы, их назначение, классификация.

Сварочные флюсы представляют собой специально приготовленные гранулированные порошки с размером зерен 0,2 – 4 мм, которые подаются при сварке в зону горения дуги. При высокой температуре флюс расплавляется, создает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны, а также участвует в физико-металлургической обработке сварочной ванны, обеспечивая требуемые свойства соединения и выведение вредных элементов в шлаковую коробку, которая образуется на поверхности шва.

Современные флюсы в зависимости от их применения разделяют на флюсы, предназначенные для механизированной сварки, наплавки, электрошлаковой сварки.

Сварочные флюсы можно разделить на группы по способу изготовления, химическому составу, по основности, химической активности, назначению.

В зависимости от способа изготовления флюсы подразделяются на:

• Керамические флюсы производят в виде крупки, получаемой при смешении шихты определенного состава на связующем с последующей грануляцией и прокалкой при соответствующих температурах. Данные флюсы применяют преимущественно при наплавке, поскольку они позволяют легировать наплавляемый металл в широких пределах. Для этой цели во флюсы вводят металлические порошки и ферросплавы. Керамические флюсы при сварке применяют реже.

• Плавленые флюсы получают сплавлением компонентов шихты в электрических или плазменных печах с последующей грануляцией расплава мокрым способом в воде, сухим дроблением застывшего шлака и распылением жидкой струи расплава воздушным потоком.

• Плавленно-керамические флюсы включают два метода изготовления с целью повышения сварочно-технологических свойств флюса.

По химическому составу флюсы делятся на три группы: оксидные, солеоксидные и солевые. Оксидные флюсы состоят из оксидов и могут содержать 5-8% фторидных соединений. Оксидные флюсы построены преимущественно на базе шлаковой системы MnO-SiO₂ с добавками других оксидов СаО, MgO. Al₂O₃. Оксидные флюсы в зависимости от содержания кремния делятся на бескремнистые (SiO₂≤5%), низкокремнистые (6-35%SiO₂), высококремнистые (SiO₂>35%); по содержанию марганца бывают безмарганцевые (MnO<1%), низкомарганцевые (MnO<10%), среднемарганцевые (10-30% MnO) и высокомарганцевые (MnO>30%).

Cолеоксидные флюсы содержат меньше оксидов, чем оксидные и большее количество солей. Количество MnO снижено до 1-9%, SiO₂ до 15-30%, CaF₂ увеличено до 12-30%. Солевые флюсы не содержат оксидов и состоят из фторидов и хлоридов CaF₂. NaF. BaCl₂ и др.

Одной из характеристик флюсов является их основность. Химическое воздействие расплавленного флюса-шлака на металл шва в значительной степени определяется соотношением в его составе кислых, основных и амфотерных оксидов. Флюсы считаются кислыми при В<1. основными – при B>1, и нейтральными – при В=1. Важнейшей характеристикой флюсов, является его химическая активность.

51. Деформации при сварке тонколистового проката.

Потеря устойчивости листовых элементов сварных конструкций возникает в результате действия остаточных напряжений сжатия, появляющихся вследствие усадки металла в зоне сварных соединений. Перемещения точек листовых элементов, потерявших устойчивость, могут достигать значений, превышающих толщину металла в десятки раз.

Для определения возможности потери устойчивости необходимо вначале составить схему действия сил и условия закрепления рассматриваемых элементов по контуру, определить действующие напряжения, затем найти критические силы или напряжения и сравнить их с действующими.

Потеря устойчивости сварной двутавровой балки возникает в результате действия продольных усадочных сил Р_ус. Характерные проявления потери устойчивости заключаются в периодическом выходе из плоскости стенки двутавра в разные стороны так, что горизонтальная ось двутавра становится волнистой линией. Волнистость приобретают и полки двутавра. Причем, если с одной стороны полки наблюдается гребень волны, то на противоположной - впадина.

В соответствии с принципом Сен-Венана можно принять напряжения сжатия по краям балки равномерными: , гдеF- площадь поперечного сечения балки.

Критические напряжения для случая, когда длина балки L в несколько раз больше высоты стенки h_c, определяют по формуле: .

Если действующие собственные остаточные напряжения сжатия стенки σ_сж, найденные путем деления усадочных сил от верхнего и нижнего швов 2Р_ус на полную площадь F поперечного сечения балки, будут равны или больше σ_кр., то произойдет потеря устойчивости.

При определении возможности потери устойчивости полки двутавра будем считать, что полка заделана жестко по одной стороне. Критические напряжения для случая длинной пластины, защемленной по одному краю, равны: .

При анализе возможности потери устойчивости приварным днищем цилиндра (рис. 3.6, г) существенное значение имеет вопрос о характере закрепления днища по контуру. При условии жесткого закрепления, что лучше соответствует рассматриваемому случаю, критические радиальные напряжения равны: , при условии шарнирного опирания:.

Числовые коэффициенты 1,49 и 0,425 в этих формулах значительно отличаются. Цилиндрическую тонкостенную обечайку, к которой приваривается днище, нельзя рассматривать как жесткое тело, обеспечивающее защемление. Однако и шарнирное опирание не соответствует характеру сопряжения днища с обечайкой. С некоторым приближением данный случай можно рассматривать как промежуточный и принимать значение численного коэффициента примерно равным единице.

Сжимающее напряжение в днище можно определить, приняв жесткость края оболочки в радиальном направлении малой по сравнению с жесткостью днища в его плоскости. Тогда, из условия равновесия получим: .

На практике встречается много таких деталей сварных конструкций, после потери устойчивости которых, их форма и направление действия усадочных сил существенно изменяются. Примером могут служить обычные листы, которые после сварки теряют устойчивость и в которых наблюдаются весьма большие перемещения. Опыт показывает, что длинные пластины искривляются в продольном направлении по дуге окружности.

Перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности свариваемых листов. Перемещения точек в направлении Oz — перпендикуляра к поверхности листов при их сварке происходит вследствие неравномерного нагрева металла по толщине, потери устойчивости тонкого металла под действием продольных и поперечных сжимающих напряжений, перемещения в радиальном направлении кромок свариваемых оболочек и т.д. Наиболее значительны такие перемещения в случаях сварки оболочек, например при выполнении кольцевых швов.

Продольные перемещения и деформации скручивания. Продольные перемещения вдоль оси Ох всех точек пластины, расположенных в одном поперечном сечении, одинаковы, а сдвиговые деформации и касательные напряжения отсутствуют. На самом деле сечения искривляются, а отдельные точки свариваемых пластинок получают различные перемещения в продольном направлении, причем величина перемещений при прочих равных условиях зависит от того, находится точка на середине свариваемой пластинки или на ее кромке. Продольные перемещения в практическом отношении представляют интерес при сварке соединений втавр или внахлестку.

При сварке, например, таврового профиля, точки в районе сварного шва на вертикальной стенке нагреваются больше, чем на горизонтальной полке. Это происходит потому, что теплоотвод от района шва в полке происходит в две стороны, а в стенке - в одну. В результате продольное перемещение точек стенки превосходит перемещение точек полки, а разница перемещений Δх фиксируется кристаллизующимся швом. Аналогичные явления возникают при сварке внахлестку.

Чтобы избежать негативных последствий относительного продольного смещения свариваемых элементов, например, в длинномерных мостовых балках, принимают меры по регулированию теплоотвода в отдельные элементы.

Перемещения Δх несмотря на их малые абсолютные значения, могут заметно влиять на остаточное скручивание свариваемых элементов.

Кручение сварных конструкций наиболее часто наблюдается при изготовлении балок, рам, панелей. В качестве примеров этого явления можно привести искажения формы крестообразной и коробчатой балок.

Относительное смещение свариваемых элементов Δх, являясь причиной скручивания при сварке швов 1 и 4 балки коробчатого сечения, закручивает балку в одну сторону, а при сварке швов 2 и 3 - в другую. Однако, результирующее скручивание не равно нулю в связи с неодновременностью заварки швов. Более того, если швы 1 и 4 сварить в одном направлении, а швы 2 и 3 - в противоположном, то закручивание от всех четырех швов суммируется.

52. Сварка ТВЧ и область применения.

При сварке токами высокой частоты (ТВЧ) изделие перед сварочным узлом формируется в виде заготовки с V - образной щелью между свариваемыми кромками. К кромкам индуктором или с помощью вращающегося контактного ролика подводится ток высокой частоты таким образом, чтобы он проходил от одной кромки к другой через место их схождения.

В

Рис.1.50. Схема высокочастотной сварки труб с индукционным (а) и контактным (б) способами подвода тока: 1 – индуктор; 2 и 3 – контакты; 4 – ферритовый стержень; 5 – сжимающие ролики; 6 – труба; 7 – направляющий ролик

следствие поверхностного эффекта и эффекта близости, который по мере сближения кромок усиливается, достигается высокая концентрация тока в месте схождения кромок и происходит их разогрев. Нагретые кромки обжимаются валками и свариваются. Качество сварного соединения и расход электроэнергии связаны с особенностями протекания тока высокой частоты по проводникам.

При протекании тока по проводнику проявляется поверхностный эффект, заключающийся в неравномерном распределении переменного тока по сечению проводника. У наружной поверхности проводника наблюдается наибольшая плотность тока. При высокой частоте ток проходит лишь по тонкому поверхностному слою проводника.

Поверхностный эффект существенно увеличивает активное сопротивление проводников и позволяет сконцентрировать выделение энергии в поверхностных слоях нагреваемого изделия.

При оценке степени проявления поверхностного эффекта используют понятие глубины проникновения тока . В слое толщиной  протекает примерно 86 % полного тока. Величина  определяется по формуле  = ((1/π)fμ)0,5, где f - частота тока; a - удельная электропроводность проводника; m - магнитная проницаемость.

Характерным для процессов сварки ТВЧ является ярко выраженная локальность нагрева в сочетании с высокими скоростями сварки. Ширина зоны термического влияния в области сварного соединения колеблется в пределах 1,0-5,0 мм. Температурные градиенты в зоне шва достигают 1000 °С/мм. При сварке малоуглеродистых сталей средняя скорость охлаждения в интервале температур 1000-600 °С на границе слоя, нагретого на глубину 1 мм, составляет около 1500 °С/с, на 2 мм - 400 °С/с и на 3 мм - порядка 170 °С/с. Эти скорости для многих сталей будут выше критических и, как следствие этого, в зоне сварного соединения будут образовываться хрупкие структурные составляющие (мартенсит, тростит). Если наличие хрупких составляющих в сварном соединении недопустимо, проводится последующая нормализация, обеспечивающая распад закалочных структур на ферритно-перлитную смесь.

53. Механизмы раскисления сварочной ванны при сварке под слоем флюса.

При сварке плавлением сталей возможно развитие процесса окисления металла и легирующих компонентов шва кислородом, содержащимся в защитных газах, шлаках сварочной ванны, оксидах, находящихся на кромках деталей и поверхности электродной проволоки.

Кислород с железом образует три оксида: FeO, Fe3O4 и Fe2O3. В сварочной ванне легирующие элементы могут окисляться при взаимодействии с FeO: Me + FeO ↔ MeO + Fe. Это приводит к тому, что их содержание в металле уменьшается. Образовавшиеся оксиды могут оставаться в шве в виде газовых пор и шлаковых включений, что значительно снижает механические свойства сварных соединений.

Процесс перевода растворённого оксида FeO в форму нерастворимых соединений с последующим их удалением в шлак называется раскислением. В качестве раскислителей при сварке сталей используют марганец, кремний, титан, алюминий и другие элементы, обладающие большим, сродством к кислороду. Раскислители вводятся в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытия электрода и флюс.

Раскисление марганцем происходит по реакции [FeО] + Mn↔ Fe + (MnO). Оксид марганца мало растворим в железе, но сам хорошо растворяет в себе оксид железа FeO, увлекая его за собой в шлак.

Раскисление кремнием происходит по реакции 2[FeO] + Si↔2Fe +(SiO2). Оксид кремния плохо растворим в железе и всплывает в шлак. Раскисление кремнием сопровождается образованием комплексных соединений, которые также переходят в шлак MnO+SiO2=(MnO∙SiO2), FeO+TiO2=(FeO∙TiO2).

Одной из особенностей металлургических процессов при сварке под флюсом средне- и низколегированных сталей, является легирование шва марганцем и кремнием за счет их восстановления из оксидов MnO и SiO2, находящихся во флюсе. В высокотемпературной зоне протекают восстановительные реакции: 2[Fe]+(SiO2)↔2(FeO)+[Si], [Fe]+(MnO)↔(FeO)=[Mn].

Образовавшийся при этом оксид FeO частично всплывает в шлак, а частично растворяется в жидком металле; марганец и кремний полностью остаются в металле шва. При увеличении напряжения дуги возрастает количество расплавленного флюса и переход марганца и кремния в шов увеличивается.

В хвостовой части сварочной ванны в зоне понижения температур протекают реакции раскисления оксидов железа кремнием и марганцем с последующим образованием комплексных нерастворимых в металле соединений (MnOSiO2), легко переходящих в шлак. При недостаточном содержании в сварочной ванне марганца и кремния может происходить раскисление оксида железа углеродом [FeO]+[C]=[Fe]+{CO}. Образовавшийся оксид углерода может приводить к пористости.

Для подавления процесса окисления при сварке легированных сталей используют флюсы на основе фторидных и хлоридных солей щелочных и щелочноземельных металлов. Например, флюс АНФ-5, его основу составляет CaF2(75-80%) и NaF (17-25%).

54. Сущность и преимущества ЭЛС. Область применения.

Электронно-лучевая сварка основана на использовании для нагрева энергии электронного луча. Сущность данного процесса состоит в использовании кинетической энергии электронов, движущихся в высоком вакууме с большой скоростью. При бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть кинетической энергии электронов превращается в теплоту, которая используется для расплавления. Для сварки необходимо получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость с целью увеличения их энергии, которая должна превратиться в теплоту при торможении в свариваемом металле.

Получение свободных электронов осуществляется путём применения раскаленного металлического катода, эмитирующего (испускающего) электроны. Ускорение электронов обеспечивается электрическим полем с высокой разностью потенциалов между катодом и анодом. Фокусировка - концентрация электронов - достигается использованием кольцевых магнитных полей. Резкое торможение электронного потока происходит автоматически при внедрении электронов в металл. Электронный луч, используемый для сварки, создается в специальном приборе - электронной пушке.

Технологические возможности и преимущества электронно-лучевой:

• при ЭЛС возможно соединение за один проход металлов и сплавов толщиной в наиболее широком среди других методов сварки диапазоне от 0,1 до 400 мм.

• благодаря высокой концентрации энергии в луче, минимальному вводу тепла и высокой скорости охлаждения, ЗТВ при ЭЛС имеет существенно меньшую протяженность, а снижение свойств в ней относительно небольшое.

• глубокое проплавление металла при малой погонной энергии, обусловливает значительно большую скорость отвода тепла от зоны сварки, что обеспечивает увеличение скорости кристаллизации малой по объему сварочной ванны с получением мелкокристаллического строения шва, по своим свойствам близкой к основному металлу.

• ввод значительно меньшего количества тепла дает возможность во много раз уменьшить деформации изделий.

• большая концентрация энергии в малом поперечном сечении луча и возможность переноса энергии лучом на значительное расстояние от катода дают возможность использовать электронный луч при сварке в узкую щель, когда методы дуговой сварки не могут быть использованы.

• при ЭЛС рабочее расстояние "электронная пушка - изделие" можно изменять в значительных пределах без существенного изменения параметров шва.

• эффективная защита металла от взаимодействия с газами в процессе сварки, осуществляемой в высоком вакууме.

• поскольку электронный луч представляет собой пучок первичных ускоренных электронов, обладающих малой массой и отрицательным электрическим зарядом, то имеется возможность при помощи электромагнитного поля, практически без инерционного, сканировать этот луч по выбранной траектории с большей частотой.

ЭЛС является наиболее рациональным методом соединения:

• изделий из тугоплавких металлов;

• изделий из термически упрочненных металлов;

• изделий после окончательной механической обработки;

• конструкций больших толщин ответственного назначения.

• соединение разнородных материалов.

55. Выбор источников питания для ручной дуговой сварки по типу внешней вольтамперной характеристики.

При дуговой сварке покрытыми электродами и вольфрамовым электродом часто происходит изменение длины дуги. При ручной дуговой сварке вольфрамовыми электродами эти изменения связаны с выполнением швов в труднодоступных местах и квалификацией сварщика. При сварке покрытыми электродами изменение длины дуги происходит за счет оплавления электрода. При этих способах сварки колебания длины дуги приводят к значительным изменениям сварочного тока и, как следствие, наблюдается изменение геометрических размеров сварочной ванны и шва.

При ручной дуговой сварке статическая вольтамперная характеристика дуги падающая, а для устойчивого горения дуги применяемым источником питания должен быть источник с падающей внешней характеристикой. Рассмотрим, как изменятся величина сварочного тока при изменении длины дуги при использовании источников питания с внешними крутопадающей (1) и пологопадающей (2) характеристиками.

При установившемся режиме сварки, когда длина дуги постоянная (), все вольтамперные характеристики источников питания и дуги пересекаются в одной точке. Если длина дуги увеличилась

(), то уменьшился номинальный сварочный ток. Это изменение сварочного тока у источника питания с пологопадающей характеристикойбольше, чем у источника с крутопадающей характеристикой. Если длина дуги уменьшилась (), то увеличивается сварочный ток. Изменение сварочного тока у источника с пологопадающей характеристикойбольше, чем у источника с крутопадающей характеристикой.>>Из этого выражения видно, что для ручной дуговой сварки необходимо применять источники питания с крутопадающими внешними вольтамперными характеристиками, так как изменения длины дуги сопровождается незначительными изменениями сварочного тока и теплового режима сварки, что не отражается не размерах сварочной ванны и геометрических параметрах шва.

56. Механизм образования угловых деформаций при сварке.

Из-за более высокого разогрева металла в поверхностной части и меньшего разогрева обратной стороны поперечные деформации по толщине свариваемых пластин неодинаковы. У поверхности остаточные пластические деформации укорочения и поперечная усадка больше, чем с обратной стороны. В результате после сварки обе свариваемые половины выходят из плоскости, и между ними наблюдается некоторый угловой излом, называемый угловой деформацией.

Вследствие неодновременной заварки шва по всей длине происходит сложное силовое взаимодействие между отдельными участками шва, так как они находятся в разных фазах движения: холодные участки перед швом препятствуют искривлению пластин в тех зонах, где они нагреты неравномерно, и взаимному повороту их в зонах, где идет остывание и выравнивание температур.

Изображенные на рисунке величины угловых деформаций β1< β2< β3

57. Микроплазменная сварка.

Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, а также электрически заряженных ионов и электронов.

Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в дугу плазмообразующего газа.

Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве - плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность - количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в плазменной дуге достигает 30000°С.

Одновременно со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50-100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью.

Наиболее распространенной является микроплазменная сварка. В связи с достаточно высокой степенью ионизации газа в плазмотроне и при использовании вольфрамовых электродов диаметром 1-2 мм плазменная дуга может гореть при очень малых токах, начиная с 0,1 А.

Микроплазменной дугой (сила тока 0,1...25А) сваривают листы толщиной 0,025...0,8 мм из углеродистой и нержавеющей стали, меди, титана, тантала и др.

Специальный малоамперный источник питания постоянного тока предназначен для получения дежурной дуги, непрерывно горящей между электродом и медным водоохлаждаемым соплом. При подведении плазмотрона к изделию зажигается основная дуга, которая питается от источника. Плазмообразующий газ подается через сопло плазмотрона, имеющее диаметр 0,5-1,5 мм. Защитный газ подается через керамическое сопло.

К основным параметрам процесса микроплазменной сварки относятся сила тока, напряжение, расход плазмообразующего и защитного газа, диаметр канала сопла, глубина погружения в сопло электрода, диаметр электрода.

По сравнению с аргонодуговой сваркой микроплазменная имеет следующие важные преимущества:

• изменение длины микроплазменной дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения деталей малых толщин;

• дежурная плазменная дуга уверенно зажигается при токах менее 1 А;

• облегчается доступ к объекту сварки и улучшается зрительный обзор рабочего пространства (на токе ~ 15 А длина дуги достигает 10 мм).

Микроплазменная сварка находит широкое применение в радиоэлектронике и приборостроении для сварки тонких листов и фольги.

58. Из каких операций состоит технологический процесс изготовления сварной конструкции. Структура трудоемкости этих операций.

Процесс производства сварных конструкций состоит из трёх основных стадий:

1. изготовление деталей;

2. сборка и сварка узлов и изделий;

3. отделка узлов и изделий.

При изготовлении деталей применяют следующие заготовительные технологические операции: правку, очистку и подготовку поверхности, разметку, маркировку, резку, гибку, штамповку, механическую обработку.

Процесс сборки и сварки изделия состоит из операций сборки и сварки узлов и изделия в целом.

В группу отделочных операций могут входить следующие технологические операции: зачистка и отделка сварных швов; правку сварных узлов; прокатка; проковка; термообработка сварных соединений; механическая обработка; промывка; нанесение защитных покрытий.

Наряду с технологическими операциями, на всех стадиях производства сварных конструкций выполняют вспомогательные операции, которые можно разделить на 2 группы:

1. операции, связанные с основным производством.

2. операции обслуживания

К первой группе относят операции: транспортные, контрольные, наладку оборудования, распределение работ, комплектация деталей, хранение и выдача материалов, инструментов и приспособлений.

К операциям обслуживания относятся ремонтные работы и уборка производственных помещений.

В производстве сварочных конструкций, несварочные операции в объеме этого производства составляют до 70% от общей трудоёмкости изготовления изделий.

При осуществлении собственно сварочных операций, в том числе при применении механизированных методов сварки, выполняются вспомогательные приёмы по установке и компоновки изделий под сварку, зачистке кромок и швов, сбору флюса, установке автоматов в начале швов, перемещению изделий и т. п., на выполнение таких приемов приходится в среднем 30-35 % трудоёмкости сварочных операций.

59. Возможные способы закрепления деталей в сборочно-сварочных приспособлениях.

Зажим деталей в сварочной оснастке (приспособлениях) выполняется как ручным способом, так и механизированным управлением (от силового источника) при помощи винтовых, клиновых и рычажных элементов.

Конструктивное исполнение зажимов очень многообразно, однако по способу получения усилия зажатия их можно разделить на механические, пневматические, гидравлические и магнитные.

К механическим зажимам относятся клиновые, винтовые, рычажные и другие механизмы.

Клиновые механизмы - наиболее простые в изготовлении; они позволяют создавать значительные усилия зажима. Их следует изготовлять самотормозящимися, т. е. угол скоса клина должен быть меньше угла трения. В сочетании с пневматическими приводами клиновые механизмы создают компактные и надежные в эксплуатации устройства.

Винтовые зажимы - наиболее распространенный тип механических зажимов; они являются силовыми звеньями приспособлений; должны обладать достаточной прочностью и жесткостью. В связи с этим, основные элементы зажимов следует рассчитывать. Винты в зажимных устройствах изготовляют с треугольной, прямоугольной, трапецеидальной резьбой. При работе они испытывают напряжение сжатия, растяжения и кручения. Винт должен быть самотормозящимся.

Рычажные зажимы - очень разнообразные по конструкции быстродействующие механизмы. Очень часто их используют в качестве элементов усиления.

Эксцентриковые зажимы - применяют в оснастке серийного производства. Основное их достоинство - быстрота действия. В сборочно-сварочных приспособлениях используют только круглые эксцентрики, устанавливаемые в горизонтальной или вертикальной плоскостях. В силовом отношении они аналогичны клиновым зажимам. Наиболее распространены эксцентрики самотормозящего типа.

Пневматические и гидравлические зажимы широко применяют в сборочно-сварочной оснастке. Основное их достоинство - быстрота срабатывания, дистанционное управление, а в совокупности с другими видами зажимов они обеспечивают надежное закрепление изделия.

В основном такие зажимы используют для закрепления крупногабаритных изделий. Их конструкция зависит от типа приспособления, характера закрепления детали, способа подачи рабочего органа и т. д.

В установках, где процесс сварки протекает под слоем флюса, гидравлический привод силовых органов использовать не рекомендуется. Масло, попадая в систему флюсоотсоса, спекается с флюсом, проходные сечения шлангов подачи флюса забиваются, подача его в зону сварного шва прекращается. В результате нарушается нормальный цикл работы сварочной установки. В этих случаях целесообразно применять пневматические приводы с клиновыми усилителями.

60. Защитные газы для дуговой сварки. Назначение, свойства и область применения.

Защитные газы, используемые при сварке, бывают активными и инертными. В качестве активных защитных газов широко используют углекислый газ и смеси газов (Ar – O₂; Ar – CO₂; CO₂ – O₂), а в качестве инертных защитных газов – аргон, гелий и их смеси.

Углекислый газ – CO₂ (двуокись углерода; углекислота) в зависимости от температуры и давления могут находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. Баллоны для хранения используются стандартные, емкостью 40 л. В баллон заливают 25 кг углекислоты, которая хранится обычно при давлении 5-6 МПа.

Аргон – химический элемент VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева, инертный газ, без запаха и вкуса, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. При сварке используется в качестве защитного и плазмообразующего газа. Основным промышленным способом получения аргона является метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением основных продуктов – кислорода и азота с попутным извлечением аргона. В последнее время освоено получение аргона как побочного газа при получении аммиака. Для хранения и транспортировки аргона используются стандартные баллоны емкостью 40 л. Объем газа в баллоне при давлении 15Па – 6,2 м³, при давлении 20МПа – 8,2 м³. Баллон окрашен в серый цвет, надпись зеленая.

Гелий – инертный газ, атомная масса 4, без цвета и запаха. Он значительно легче воздуха. На земле гелия мало, в небольших количествах содержится в воздухе (0,00052%) и в земной коре, где он образуется при распаде радиоактивных элементов. Гелий транспортируется и хранится в газообразном состоянии в стандартных баллонах под давлением p=15 МПа. Цвет баллона коричневый, количество газа в баллоне 6 м³. Баллон оснащается редуктором Г-70. Стоимость гелия значительно выше, чем аргона, поэтому его применяют в основном при сварке химически чистых и активных материалов и сплавов, а также сплавов на основе алюминия и магния. Из-за способности обеспечивать повышенное проплавление (благодаря высокому потенциалу ионизации) гелий иногда применяют при необходимости проплавить большую толщину или получить специальную форму шва.

61. Предварительный подогрев. Расчет температур подогрева в зависимости от химического состава и толщины.

Наиболее радикальным приемом снижения скорости охлаждения является предварительный подогрев свариваемых кромок. Температура предварительного подогрева может быть определена через эквивалент углерода. Он определяется по эмпирическим формулам, которые несколько отличаются друг от друга в разных литературных источниках.

Приведем наиболее часто применяемые зависимости (на углеродистые низколегированные и высоколегированные стали данные зависимости не распространяются):

С_э = С_х + С_р, где С_х — химический эквивалент углерода; С_р — размерный коэффициент углерода.

С_х = С + Mn/9 + Cr/9 + Ni/18 + Mo/12

С_р = 0,005δ·С_х, где δ - толщина свариваемого металла.

Температура предварительного подогрева в этом случае может быть определена по формуле

.

В некоторых случаях размерный коэффициент не учитывают. При этом эквивалент углерода определяют по формуле

Сэкв = С + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15.

При этом температура предварительного подогрева определяется по графику.

62. Система автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на скорость подачи проволоки

В схему системы АРНД в отличие от АРДС дополнительно входит особое устройство (регулятор), стабилизирующее напряжение дуги путем принудительного измерения скорости подачи электрода V_п

(1) Формула (1) представляет собой уравнение статической характеристики устойчивого горения дуги системы АРНД. Как в системе АРДС, эта характеристика является геометрическим местом точек с коэффициентами U и I, соответствующими устойчивому процессу горения дуги (V_п=V_э) при изменении параметров источника питания.

63. Расчет на прочность соединений с комбинированными швами.

По направлению действующего усилия сварные швы делятся на:

• продольные (фланговые) – направление действующего усилия параллельно оси сварного шва;

• поперечные (лобовые) – направление действующего усилия перпендикулярно оси сварного шва;

• комбинированные – сочетание продольного и поперечного швов;

• косые – направление действующего усилия размещено под углом к оси сварного шва.

64. Газы для газопламенной обработки металлов.

При сварке в качестве горючих газов используют газообразные и жидкие углеводороды, а также водород. Наиболее востребованным газом является ацетилен. Основное его преимущество – высокая температура пламени, достигающая 3150ºС. Такая температура пламени необходима в первую очередь при сварке сталей. В настоящее время на рынке появились газы, заменяющие ацетилен. К ним относятся газ МАФ – побочный продукт этиленового производства. Рабочая температура его пламени несколько ниже, чем ацетилена (2927 ºС). Газ применяют для газовой сварки сталей и цветных металлов.

Ацетилен (С₂H₂) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым специфическим запахом и сладковатым вкусом

Пропан-бутановая смесь- смесь, состоящая из пропана с примесью бутана в количестве от 5 до 30% получают при переработке нефти и нефтепродуктов, а также в виде побочного продукта при сжижении природного газа.

Метилацетилен – алленовая фракция Горючий газ МАФ – побочны продукт этиленового производства. Основными грючими компонентами, определяющими свойства газа МАФ, являются метил-ацетилен (пропин СН₃-С=CH) и аллен (пропадиен CH₂=C=CH₂) в количестве 65-75%, а также пропан (H₃C – H₂C – CH₂) в суммарном количестве от 30-35 до 20-25%, примесь углеводородов (бутан, бутилен, бутадиен) – 0,5 – 1,5%.

Нормальное пламя получают при соотношении расхода кислорода к МАФ:

Кислород газообразный технический кислород для газопламенной обработки металлов выпускается по ГОСТ 5583-78 трех сортов: первого, второго и третьего с объемной долей кислорода, соответственно, 99,7%, 99,5% и 99,2%.

65. Способы сборки узла под сварку.

Сбору и прихватку деталей выполняют несколькими способами. Наиболее рационален метод секционной сборки, предусматривающий сборку и сварку отдельных узлов, из которых состоит конструкция, а затем сборку и сварку из этих же узлов самой конструкции.

При изготовлении металлоконструкций широко используют так называемый метод общей сборки. Он заключается в том, что вначале всю конструкцию собирают из отдельных заготовленных элементов, а затем ее сваривают. Если это не удается, то детали последовательно присоединяют к уже сваренной конструкции.

Метод селективной сборки основан на том, что каждую входящую в изделие деталь или узел подбирают отдельно, обеспечивая при этом требуемые размеры и сопряжения между деталями или узлами, используя при этом индивидуальную подгонку практически в отдельности каждого элемента конструкции. Это увеличивает трудоемкость изготовления и требует достаточно высокой квалификации производственного персонала.

Секционную сборку выполняют в приспособлениях, стапелях и т. п., что дает возможность вести работу широким фронтом, эффективно использовать производственные площади, обеспечивать высокую производительность и хорошее качество сварных изделий.

К недостаткам секционной сборки можно отнести необходимость ее выполнения более квалифицированными рабочими, чем при общей сборке всей конструкции из отдельных элементов. При общей сборке также допускается подгонка отдельных деталей по месту, а при секционной сборке детали изготавливают практически точно по размерам.

66. Выбор способа сварки и его обоснование.

Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время способов сварки наибольшее применение в производстве имеют: ручная дуговая сварка штучным электродом; ручная дуговая сварка в защитных газах неплавящимся электродом; механизированная дуговая сварка в защитных газах и под слоем флюса (полуавтоматическая и автоматическая); контактная сварка (точечная, стыковая и шовная). У каждого способа имеются свои преимущества и недостатки. В монтажных условиях наиболее часто применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При сварке в закрытых помещениях при выполнении относительно непротяженных прямолинейных и криволинейных швов используют в основном полуавтоматическую дуговую сварку. Для соединения элементов металлоконструкций, прямолинейные, а также круговые и кольцевые протяженные швы применяют автоматические способы сварки: в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом с присадкой и без присадки, а также сварку под слоем флюса. Также учитывается тип производства, программа выпуска.

67. Мероприятия, снижающие склонность спецсталей к межкристаллитной коррозии.

Межкристаллитная коррозия (МКК) – один из наиболее опасных видов местной коррозии. МКК у сталей и сплавов проявляется преимущественно по границам зерен, что приводит к резкому падению прочности и пластичности и может вызвать преждевременное разрушение конструкции.

Способы борьбы с МКК следующие:

1. Снижение в сталях содержания углерода, что исключает образование хромистых карбидов.

2. Введение в сталь стабилизирующих добавок (титан, молибден, ванадий, ниобий), которые связывают углерод в карбиды TiC, NbC и исключают обеднение приграничных участков по хрому.

3. Производить закалку сталей от температур 1050-1100°С, что обеспечивает перевод хрома и углерода в твердый раствор.

4. Отжиг для нестабилизированных сталей имеет цель выравнивания состава аустенита и ликвидацию обедненных хромом участков. Для стабилизированных сталей – перевод углерода из карбидов хрома для создания необходимого уровня коррозионной стойкости.

Повышение в сварных швах содержания -феррита до 20-25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, алюминием, молибденом, вольфрамом, ванадием.

68. Критерии выбора оборудования для сварки узла.

- Сварочное оборудование должно обеспечивать наивысшее возможное качество сварного соединения.

- Сварочное оборудование должно обеспечивать высокую производительность и стабильность процесса.

- Спец. виды сварки требуют специфического сварочного оборудования.

- Источники питания должны иметь соответствующую вольтамперную характеристику (ВАХ).

Внешние вольтамперные характеристики источника питания дуги: 1- крутопадающая; 2- пологопадающая; 3- жесткая; 4- возрастающая

При дуговой сварке покрытыми электродами и вольфрамовым электродом часто происходит изменение длины дуги. При ручной дуговой сварке вольфрамовыми электродами эти изменения связаны с выполнением швов в труднодоступных местах и квалификацией сварщика. При сварке покрытыми электродами изменение длины дуги происходит за счет оплавления электрода. При этих способах сварки колебания длины дуги приводят к значительным изменениям сварочного тока и, как следствие, наблюдается изменение геометрических размеров сварочной ванны и шва.

При ручной дуговой сварке статическая вольтамперная характеристика дуги падающая, а для устойчивого горения дуги применяемым источником питания должен быть источник с падающей или крутопадающей внешней характеристикой.

69. Балки. Принципы расчета и конструирования

Балками называют элементы конструкций, работающие в основном на поперечный изгиб. Наиболее часто применяют сварные балки двутаврового и коробчатого профилей. Двутавровые балки хорошо сопротивляются изгибу в плоскости своей наибольшей жесткости, коробчатые – изгибу в разных плоскостях и кручению.

Иногда могут использоваться балки с переменным поперечным сечением по длине; возможно изменение толщины или ширины горизонтальных листов, либо изменение высоты вертикального листа. Балки переменного сечения по сравнению с постоянным позволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине, они менее металлоемкие. С технологической точки зрения, такие балки более сложны.

Последовательность расчета и проектирования конструкций балочного типа, как правило, включает в себя следующие этапы: выбор материала балки; определение высоты балки h и выбор типа сечения; конструирования сечения балки; проверка прочности сечения балки; проверка общей устойчивости балки; проверка местной устойчивости элементов балки; конструирование и расчет сварных соединений балки; конструирование и расчет опорных плит балки.

К наиболее важным этапам проектирования, определяющим работоспособность балочной конструкции, следовало бы отнести этапы расчета высоты балки, конструирования ее сечения и соответствующей проверки прочности.

Балка должна удовлетворять требованию жесткости, ее прогиб от наибольшей нагрузки не должен превышать предельно допускаемого:

Из условия прочности (наименьшего веса): , для двутавра,, откуда

Подбор размеров поперечного сечения балки осуществляют с учетом изгибающего момента М и высоты h. требуемый момент сопротивления сечениятребуемый момент инерции сечения

Проверка прочности сечения Напряжение от действия изгибающего момента

,где J – момент инерции подобранного сечения. Касательное напряжение от поперечной силы ,гдеQ – наибольшая поперечная сила балки; S – статический момент полуплощади сечения балки относительно центра тяжести балки.

Эквивалентные напряжения определяют обычно в тех случаях, когда максимальные значения моментов и сил совпадают в одном поперечном сечении; их определяют на уровне верхней кромки вертикального листа , где нормальное напряжение,касательное напряжение,гдеS – статический момент площади горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки.

Как правило, эквивалентные напряжения оказываются меньше, но при любых условиях и расчетные, и эквивалентные напряжения не должны превышать допускаемый уровень, т.е. .

Сечение считается подобранным рационально, если .

70. Способы снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях

Отпуск сварных конструкций. Отпуск сварных конструкций применяют для изменения структуры и свойств металла, а также для снижения остаточных напряжений. Применение отпуска для снижения остаточных напряжений целесообразно, если предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, повысив тем самым сопротивляемость хрупким разрушениям при низких температурах.

В ряде случаев отпуск нецелесообразен. Прежде всего это относится к конструкциям, сваренным из разнородных материалов, когда в результате отпуска снижения напряжений не происходит. Неэффективен отпуск и в тех случаях, когда жесткость различных частей конструкции сильно отличается.

Недостатками отпуска являются снижение предела текучести материала и трудность удержания равномерной температуры по всему объему в больших печах.

Необходимо также помнить, что отпуск тяжелых и протяженных конструкций должен осуществляться при наличии достаточного количества опор во избежание пластических прогибов при высоких температурах.

Различают несколько видов отпуска: общий; местный; поэтапный; поэлементный. По температуре нагрева отпуск делится на высокий, средний и низкий. Для низколегированных и низкоуглеродистых: 550 – 680 °С, 350 – 500 °С, 250 – 300 °С.

Операция отпуска состоит из четырех стадий: I - нагрева, II -выравнивания температуры, III - выдержки, IV – остывания. Снижение напряжений наиболее интенсивно идет на стадии нагрева и происходит пропорционально начальному уровню напряжений: высокие и низкие напряжения снижаются на одинаковое количество процентов. Целесообразно вести отпуск с выдержкой в течение 2 - 3 часов.

Вибрационная обработка. Сущность способа заключается в создании в сварных конструкциях переменных напряжений определенной величины с помощью механических вибраторов. Вибрирование, как правило, осуществляется на резонансных и близких к резонансным частотах в течение определенного промежутка времени.

В отдельных случаях виброобработка применяется взамен термообработки. Процесс снятия сварочных напряжений протекает быстро. Способу снятия остаточных напряжений вибрацией присущи также определенные недостатки, к числу которых можно отнести зависимость эффективности способа от материала и формы детали. Способ неприменим для деталей, у которых резонансная частота выше, чем максимальная частота генератора (короткие детали с большим моментом сопротивления). Конечный результат виброобработки является функцией величин переменных напряжений, создаваемых вибрацией, и характеристик упругопластических свойств металла при циклических нагружениях (циклически упрочняемый или разупрочняемый материал).

В тех случаях, когда основной задачей является устранение деформаций, и для этого производят проковку или прокатку зоны сварного шва, остаточные напряжения могут быть сняты полностью или даже переведены в напряжения противоположного знака. Существенное снижение остаточных напряжений наблюдается также и в случаях сварки с предварительным или сопутствующим подогревом.