На рис. 9.22 a – електродами Ø 3мм з фтористо-кальцієвим покриттям; б – електродами з газозахисним покриттям; А – підігрів не потрібен при температурі повітря до – 50°С; Б – необхідний підігрів до 100°С при температурі повітря нижче 1°С; В – потрібен підігрів при будь-якій температурі повітря; δ – товщина стінки труби.

Труби сталеві прямошовні

Сталеві прямошовні труби електрозварювані, що використовується для трубопроводів і конструкцій різного призначення, виготовляють за ГОСТ 10704–76*.

Технічні вимоги при зварюванні сталевих прямо-шовних труб діаметром від 80 до 530 мм і товщиною стінки до 10 мм з вуглецевої сталі визначаються за ГОСТ 10705–80*, а технічні вимоги при зварюванні прямошовних труб загального призначення діаметром, 426-1620 мм – за ГОСТ 10706–76*.

Технічні вимоги до труб, що виготовляються за ГОСТ 10705–80*, залежно від показників якості труби, розділя-ються на чотири групи –A, Б, В, Д. Показник якості групи А – механічні властивості; Б – хімічний склад; В – меха-нічні властивості і хімічний склад; Д – випробувальний гідравлічний тиск.

Кінці труб повинні бути відрізані під прямим кутом і зачищені від задирин. Скіс зрізу для труб діаметром до 219 мм не повинен перевищувати 1 мм, а для труб діаметром 219 мм і більше – 1,5 мм. За угодою виробника із споживачем труби можуть розрізати на лінійному стані.

За замовленням споживача на кінцях труб з товщиною стінок 5 мм і більше може бути знята фаска під кутом 25-30° до торця труби і залишено торцеве кільце шириною 1,8 мм (±0,8 мм). За згодою з виробником ці значення можуть бути змінені.

На трубах діаметром 57 мм і більше допускається один поперечний шов. Допускається заварювання окремих ділянок непровареного шва з подальшою зачисткою цих місць.

Технічні вимоги до труб, що виготовляються за ГОСТ 10706–76*.

Кінці труб повинні бути обрізані під прямим кутом.

Відхилення від прямого кута не повинне переви-щувати (мм):

при зовнішньому діаметрі труб 426‑720 мм 2,5

820‑1020» 3,5

1120‑1420» 4,5

На кінцях труб повинні бути виконані фаски під кутом 25 – 30° до торця труби і торцеве кільце (притуплення) шириною 1 - 3 мм для труб діаметром до 1020 мм і шириною 1 - 5 мм для труб діаметром більше 1020 мм.

Труби діаметром до 820 мм повинні мати не більше одного подовжнього і одного поперечного шва, а діаметром 820 мм і більше – два подовжніх і один поперечний шов (з відома споживача кількість поперечних швів може бути збільшена). За наявності поперечного шва подовжні шви зміщуються один відносно іншого на відстань не менше 100 мм.

У місцях ремонту дефектних швів і прихваток допускається збільшення висоти валика на 1 мм. На трубах, зварених одностороннім зварюванням допускається запа-дання валика шва на глибину до 10% товщини стінки труби з плавним переходом до основного металу (товщина шва в місці западання повинна бути на 10% вище мінімально допустимої товщини стінки).

Висота валика підсилення по центру внутрішнього шва повинна бути не менше 0,5 мм. На кінцях труб на довжині не менше 150 мм допускається знімати підсилення внутрішнього шва до висоти 0-0,5 мм.

Не допускаються поверхневі дефекти металу шва у вигляді раковин, тріщин, свищів та інші, що знижують щільність і міцність металу шва нижче за рівень основного металу. Допускаються сліди усадки металу уздовж осі шва. Величина усадки не повинна виводити висоту валика підсилення за межі допустимої мінімальної висоти шва. Перехід від підсилення шва до основного металу повинен бути плавним (без підрізів).

Підрізи глибиною до 0,5 мм можуть бути залишені без ремонту, якщо немає співпадіння підрізів одночасно на зовнішніх і внутрішніх швах. Інакше один з цих підрізів повинен бути відремонтований.

Місця заварювання дефектів повинні бути зачищені, а труби повторно випробувані гідравлічним тиском.

Вимоги до якості поверхні труб, що виготовляються за ГОСТ 10705–80* і за ГОСТ 10706–76*, аналогічні. На поверхні труб недопустимі тріщини, раковини, розшару-вання і закати.

Допускаються незначні забиття, вм’ятини дрібні подряпини, тонкий шар окалини, сліди зачистки і заварю-вання дефектів, якщо вони не виводять товщину стінки за граничні відхилення.

За технічними вимогами ГОСТ 10706–76* допус-каються подовжні надрізи глибиною не більше 0,2 мм, що утворюються при автоматичному зварюванні по напряму шва.

Технічні вимоги до труб, що виготовляються за ГОСТ 10704–76*. Сталеві прямошовні труби, що зварюються виготовляються немірної, мірної і кратної довжини двох класів точності: 1 – з обрізанням кінців і зняттям задирок поза лінією стану; 2 – з різанням на лінії стану. За замовленням споживача труби мірної і кратної довжини 2 класу точності поставляються із закритими кінцями.

Труби сталеві зварні з спіральним швом

Зварні труби з спіральним швом загального призна-чення, що застосовують при прокладанні магістральних трубопроводів, розділяються на три групи за якістю – Б, В, Д за ГОСТ 8696–74*. Труби, які мають державний знак якості, відносять до групи В. Показник якості групи Б – хімічний склад; групи В – хімічний склад і механічні властивості; групи Д – без нормування хімічного складу і механічних властивостей.

Труби виготовляються завдовжки від 10 до 12 м (за угодою виробника із споживачем труби можуть бути виготовлені завдовжки до 18 м). У партії допускається до 5% укорочених труб завдовжки не менше 6 м. Труби виготовляються із зовнішнім і внутрішнім швом. Допуска-ється поперечний шов стику рулонів і один кільцевий шов, виконані двостороннім зварюванням (кільцевий шов на трубах діаметром 159-377 мм виконується одностороннім зварюванням). На трубах діаметром 1420 мм і більше допускаються чотири поперечні шви. Поперечний шов може виходити на торець труби і перетинатися з кільцевим швом. Місце перетину спірального шва з поперечним швом стику рулонів повинне знаходитися на відстані не менше 300 мм від торця або кільцевого шва.

Для внутрішнього шва висота валика підсилення повинна бути не менше 0,5 мм. На внутрішньому шві допускається сідловина або окремі поглиблення не більше 2 мм за умови, що товщина шва в місці поглиблення не менше ніж на 1 мм перевищує мінімальну товщину стінки труби, що допускається.

Для труб зовнішнім діаметром 530-1420 мм, яким присвоєний державний Знак якості, граничні відхилення за зовнішнім діаметром торців не повинні перевищувати ±1,6 мм. Граничні відхилення по товщині стінки повинні відповідати граничним відхиленням по товщині листа металу (відповідно до ГОСТ 19903–74*).

Овальність труб не повинна перевищувати 2% номінального зовнішнього діаметру, а труб, яким присво-єний державний Знак якості, – 1%. 3агальна кривизна труб не повинна перевищувати 0,2 % їх довжини, а труб, яким присвоєний державний Знак якості, – 0,1%.

Кінці труб слід обрізати під прямим кутом. Відхи-лення зрізу не повинно перевищувати 2 мм, а для труб діаметром 820-1420 мм за угодою виробника і споживача може бути збільшено до 3 мм.

На кінцях труб знімається фаска під кутом 25-30° до торця труби і залишається торцеве кільце шириною 1-3 мм при товщині стінки труби 4-7 мм; для труб з товщиною стінки 8-14 мм ширина торцевого кільця не повинна перевищувати 4 мм, а для труб завтовшки стінки 15-25 мм повинна знаходитися в межах 1-6 мм.

9.16. Зварювання алюмінію та його сплавів

Кольорові метали відіграють важливу роль у сучасному машинобудуванні, приладобудуванні, сільсь-кому господарстві, в хімічній промисловості, побуті тощо. Особливе місце серед них належить алюмінію. Він від-носно легкий, корозостійкий, має привабливий зовнішній вигляд. Алюміній не токсичний, дуже стійкий в окислю-вальних середовищах. У зв’язку з цим його використо-вують для виготовлення посуду, ємностей для транспорту-вання азотної кислоти та ін.

Чим менше домішок у технічному алюмінії, тим вище його корозійна стійкість. Алюміній дуже активний метал. Він швидко вступає у взаємодію з киснем, утворюючи на поверхні окисну плівку, яка запобігає подальшій взаємодії і руйнуванню алюмінію. Окисна плівка має температуру плавлення значно вищу (2050^оС), ніж сам алюміній (660^оС). Ці два фактори (активна взаємодія з киснем і утворення окисної плівки) дуже впливають на зварю-ваність алюмінію.

При зварюванні алюмінію і його сплавів суттеву роль також відіграє «критичний зварювальний струм». Збільшення зварювального струму вище критичного значення порушує процес формування шва, його поверхня покривається складками, а глибина проплавлення різко зменшується. Величина критичного струму залежить від виду зварювання, якості захисту поверхні зварочної ванни інертним газом, складу захисного газу, товщини деталей, що зварюються. Нині найбільш поширене аргонодугове зварювання з використанням змінного струму і електродом, що не плавиться. Цей спосіб не оптимальний для всіх видів з’єднань. Він не продуктивний. У більшості зварювання якісне. Механізоване зварювання електродом, що розплавляється в середовищі аргону, в 4 – 5 разів продуктивніше, але гірше руйнується окисна плівка, що негативно впливає на якість зварювання.

У світовій практиці для зварювання алюмінію використовують нові джерела струму (наприклад, ВД – 306ДК, інверторні джерела живлення), які мають вольт-амперну характеристику з ділянками, які відповідають за певну стадію масопереносу, включаючи формування краплі рідкого металу, її відрив від електроду і перенос у ванну шва. Більш широко використовується плазмене зварювання алюмінію, але воно дороге.

У порівнянні із зварюванням залізовуглецевих сплавів, технологія зварювання алюмінію має ряд особи-востей. Вони викликані наступними факторами:

1. Наявністю на поверхні окисної плівки з високою температурою плавлення і підвищеною, в порівнянні з алюмінієм, густиною.

2. Наявність критичного зварювального струму (550 – 750^оС).

3. Великий коефіцієнт теплового розширення і низький модуль пружності.

4. Чутливість до забруднення зварювального дроту і кромок поверхні.

5. Висока теплопровідність.

6. Значна усадка розплавленого металу.

Найбільші труднощі при зварюванні алюмінію викликає окисна плівка. При зварюванні в зоні шва вона не розплавляється, а руйнується на дрібні частинки, які потрапляють у рідкий метал. При кристалізації металу вони перешкоджають міжмолекулярному з’єднанню, утворюючи своєрідні тріщини. Крім того, оксидній плівці властива здатність адсорбувати гази, а особливо водяну пару. У результаті утворюються гази, котрі розчиняються в металі шва і утворюють пори.

На повітрі зачищена механічним способом поверхня швидко відновлюється (протягом декількох днів). Тому поверхню деталей, що з’єднуються, зачищають перед зварюванням і створюють штучну плівку. Вона дуже тонка і легко руйнується електричною дугою і флюсом під час зварювання. У відповідальних випадках спочатку поверх-ню алюмінію зачищають металічною щіткою, потім деталі, що зварюються, і присадочний дріт знежирюють водним розчином такого складу: 40 – 50% г/л тринатрійфосфату, 35 – 50 г/л кальційованої соди і 25 – 30 г/л рідкого скла. Час знежирення близько 5 хвилин при температурі розчину 60 – 70^оС. Далі деталі і дріт травлять протягом 1 – 3 хвилин в 5% розчині лугу NaOH чи KOH. Після цього продукти травлення змивають спочатку гарячою, а потім холодною водою. Далі деталі пасивують 20% азотною кислотою, нагрітою до 60^оС. При цьому вони покриваються новою тонкою плівкою. Підготовлені таким чином деталі потрібно зварити не пізніше як через 24 години, а дріт – 8 годин.

Ефективніше нова плівка руйнується на поверхні металу з від’ємним потенціалом. Присутні в електричній дузі іони інертних газів розганяються катодною напругою. Процес обробки поверхні металу позитивними іонами називають катодним розпиленням.

Менш ефективно руйнується плівка на поверхні з позитивним потенціалом. Для такого методу зварювання застосовують потужніші горілки і високі струми дуги. Такий метод називають термічною очисткою. При цьому рекомендується використовувати захисний газ гелій.

При ручному дуговому зварюванні покритими електродами і автоматичному зварюванні по шару флюсу розплавлений алюміній захищають від навколишнього середовища флюсами із хлоридів і фторидів лужних і лужноземельних металів, які розплавляються і реагують з окисом алюмінію, утворюючи комплексні летучі та легкі з’єднання, які випаровуються і переходять у шлак. Після зварювання шов промивають гарячою водою або парою.

При зварюванні алюмінієвих сплавів рекомендується використовувати стикове з’єднання з тимчасовою (стале-вою) або такою, що залишається (алюмінієвою) під-кладкою.

На тимчасовій сталевій підкладці робиться спеціальна канавка куди осідає окис алюмінію. Постійна підкладка виготовляється з того ж алюмінію, що і зварюється. На практиці використовують підкладки з канавками глибиною 1,2 – 2 мм.

Із-за великої теплопровідності алюмінію і значного лінійного теплового його розширення при зварюванні вироби деформуються. Цьому треба запобігати. Є різні способи зменшення деформацій під час зварювання. Перш за все, при проектуванні з’єднань зварюванням треба намагатись зменшувати кількість зварних швів, розтало-вувати їх симетрично, передбачати ребра жорсткості, косинки. Необхідно також при зварюванні використо-вувати спеціальні збірно-зварювальні пристрої, які б запобігали зміщенням, зсувам, деформаціям. Підвищена схильність алюмінію до деформації під час зварювання може спричинити появу гарячих тріщин. Особливо схильні до таких тріщин стикові шви, що близько розташовані один біля іншого. Причиною цього є наявність зон перетину термічного впливу.

Для зменшення деформації також використовують технологічні прийоми зварювання. Перш за все, необхідно правильно підібрати режими зварювання, щоб була мінімальною зона термічного впливу. При цьому прагнуть використовувати методи зварювання, які забезпечують високу концентрацію енергії в дузі, а з’єднання зварюють з підвищеною швидкістю. Для усунення залишкових дефор-мацій застосовують ударну і теплову правку. До техно-логічних методів можна віднести і попередній підігрів деталей, який здійснюється газовими горілками, гарячим повітрям чи електроконтактними нагрівниками.

При зварюванні алюмінію важливою є проблема рівнотовщинності зварних з’єднань. При зварюванні треба рівномірно розплавити кромки двох деталей. Із-за низької температури плавлення кромка більш тонкої деталі швидше розплавляється, що приведе до неякісного зварювання. Важливу роль у процесі зварювання відіграє присадочний дріт. Завдяки плавленню дроту шов заповню-ється металом необхідного складу. Присадочний дріт виготовляється стандартного скосу і розмірів.

Ручне дугове зварювання здійснюється покритими електродами. Мінімальний діаметр електродів складає 4 мм. Але він при зварюванні в 2 – 3 рази швидше розплавляється за сталевий. Тому на практиці частіше використовують електроди більших діаметрів.

В окремих випадках використовують вольфрамові електроди. Вольфрам має високу температуру плавлення (3600^оС), при високих температурах у нього низький коефіцієнт теплопровідності, тому його використовують для виготовлення електродів, що не плавиться.

Отже, електродугове зварювання алюмінію є склад-ним і потребує дотримання параметрів технологічного процесу та виконання рекомендацій.

При порушеннях технології шви можуть бути неякісними. Основними дефектами є не провари, пропалю-вання, пори, тріщини, окисні і вольфрамові включення, а також незадовільне формування шва.

При всіх видах електродугового зварювання алюмі-нію застосовують спеціальні технологічні і конструктивні заходи, які сприяють видаленню окисної плівки з поверхні металу, шлакових включень, зниженню загазованості металу шва, зменшенню короблення тощо.

У принципі дугове зварювання алюмінію і його сплавів може здійснюватись всіма відомими способами: ручне дугове зварювання покритими електродами, аргоно-дугове зварювання електродом, що не плавиться, плазмене зварювання, напівавтоматичне аргоно-дугове зварювання електродом, що плавиться з використанням стандартних джерел живлення, низьковольтною і високовольтною підпиткою зварювальної дуги.

Література

1. Алаи С.И. Технология конструкционных материалов. – М.: Просвещение, 1986. – 302 с.

2. Дьогтев Г.В. Матеріалознавство. – К.: Вища школа, 1975. – 440 с.

3. Козаков Н.Ф. и др. Технология металлов и других конструкционных материалов. – М.: Металлургия, 1975. – 570 с.

4. Кузьмин Б.А. и др. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1977. – 304 с.

5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В. П. Материаловедение. – М.:Машиностроение, 1990. – 528 с.

6. Лейхин А.Е., Родин Б. И. Материаловедение. – М.: Высшаяшкола, 1971. – 416 с.

7. Материаловедение / Под ред. А.Г. Рахштадта. – М.: Металлургия, 1989. – 454 с.

8. Материаловедение / Под ред. Б. Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986. – 383 с.

9. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкцион-ныематериалы. – М.: Машиностроение, 1987. – 363 с.

10. Онищенко В. И. и др. Технология металов и конструкционныематериалы. – М.: Агропромиздат, 1991. – 479 с.

11. Основы материаловедения / Под ред. И.И. Сидоркина. – М.:Машиностроение, 1976. – 439 с.

12. Технология конструкционных материалов / Под ред. А.М. Дольского. – М.: Машиностроение, 1985. – 484 с.

13. Технология конструкционных материалов / Под ред. Г.А. Прейса. – К.: Вища школа, 1991. – 390 с.

14. Технология металлов и конструкционные материалы / Б.А. Кузьмин и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

15. Технология металлов и конструкционных материалов. – М.:Металлургия, 1973, – 448 с.

16. Технология металлов и металловедение / Под ред. Л.Ф. Усовой. – М.: Металлургия, 1987. – 800 с.

17. Технологія металів та інших конструкційних матеріалів / За ред. Г.О. Прейса. – К.: Вища школа, 1975. – 371 с.

18. Травин О.В., Травина Н.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1989. – 382 с.

19. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справочник / Под ред. П.И. Погухина, М.Л. Берштейна. – М.: Металлургия, 1982. – 479 с.

Питання для самостійної роботи

1. Як у зварювальних трансформаторах досягають крутопадаючої волт-амперної характеристики?

2. Коли краще зварювати: електродом з обмазкою, присадочним дротом під флюсом, присадочним дротом у захисному газі?

3. Які є способи регулювання струму в зварювальних трансформаторах? Коли якими краще користуватися?

4. У яких випадках при зварюванні використовують змінний, а в яких постійний струм?

5. Як зварюють шовні труби?

6. Назвіть нові способи зварювання металів. З’ясуйте їх зміст.

7. У чому полягають особливості зварювання алюмінію?