Сварка стали

 

 

 

 

 

План

 

1. Вступление
2. Прогрессивные методы сварки, классификация процессов сварки, инструменты и приспособления.
3. Приготовление и организация рабочего места сварщика
4. Сварка среднелегированных термическиупроченных сталей.
5. Техника безопасности и противопожарные мероприятия
6. Литература

 

Вступление

 

Сваркой называется процесс получения  неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединёнными частями при их нагревании и / или / пластической деформировании                 / ГОСТ 2601 – 84 /.

Сварка является одним из основных технологических процессов в  машиностроении и строительстве. Основным видом сварки является дуговая сварка.

Основоположниками дуговой сварки является русские учённые и инженеры – В.В. Петров (1761 – 1834), Н.Н. Бенардос (1842 –1905) и Н.Г. Славянов (1854 – 1897). Выдающийся в клад в разработку теоретических основ сварки внесли советские учёные: В.П. Вологдин, В.П. Никитин, К.К. Хренов, Е.О. Патон, Г.А. Николаев, Н.О. Окерблом, Н.Н. Рыколин, К.В. Любавский, Б.Е. Патон.

В 1802 году впервые в мире профессор  Санкт Петербургской медика – хирургической академии Василий Владимирович Петров открыл и наблюдал дуговой разряд от построенного им сверхмощного "вольтового столба", который стоял из 2100 пар разнородных кружков – элементов /медь + цинк/, проложенные бумажными кружками, смоченные водным раствором нашатыря. Этот столб, или батарея был наиболее мощным источником электрического тока в то время. Проделав большое количество опытов с этой батареей, он показал возможность использования электрической дуги для освещения и плавления металлов.

На современном этапе развития сварочного производства, в вязи с  развитием научно-технической революции резко возрос диапазон свариваемых толщин, материалов, видов сварки.

В настоящее  время сваривают материалы толщиной от нескольких микрон (в микроэлектронике) до нескольких метров (в тяжелом машиностроение). Наряду с конструкционными сталями сваривают специальные стали и сплавы на основе титана, циркония, молибдена, ниобия и других материалов, также разнородные материалы.

Сущность сварки заключается в  сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочные соединения.

 

Прогрессивные методы сварки, квалификация процессов сварки,

инструменты и приспособления.

 

В зависимости от вида энергии, применяемой  при сварке, различают три класса сварки: термический, термомеханический, механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, т.е. местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии.

Основным источниками теплоты  при сварке плавлением являются: сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и теплота выделяется при электрошлаковом процессе.

Источники теплоты характеризуется температурой и концентрацией, определяемой наименьшей площадью нагрева (пятно нагрева) и наибольшей плотностью тепловой энергией в пятне нагрева.

Основные виды сварки термического класса:

• Дуговая сварка – сварка плавлением при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Особым видом дуговой сварки являются плазменная сварка, при котором нагрев осуществляется сжатой дугой.
• Газовая сварка – сварка плавлением, при которой кромки соединяющихся частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки.
• Электрошлаковая сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют теплоту, выделяющееся при похождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

При термитной сварки используют теплоту, образующееся в результате сжигания термит – порошка, состоявшегося из смеси алюминия и оксида железа.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используются тепловая энергия и давление:

• Контактная сварка – сварка с применение давления, при которой нагрев осуществляют теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящейся в контакте соединяемых частей.
• Диффузионная сварка – сварка давлением,  осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно воздействий повышенной температуры и при незначительной пластической деформацией. Также в этот класс относятся: газопрессовая сварка, дугопрессовая сварка, шлакопрессовая сварка, термопрессовая сварка и т.п.

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемых с использованием механической энергии и давлением:

• Холодная сварка – сварка давлением при незначительной пластической деформации, без внешнего нагрева соединяемых частей.
• Сварка взрывам – сварка, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударение быстро движущихся частей.
• Ультразвуковая сварка – давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.
• Сварка трением – сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением свариваемых частей относительно друг друга.

 Наибольший объём среди других  видов сварки занимает ручная дуговая сварка – сварка плавлением штучными электродами при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производится в ручную.

 

 

 

 

 

На рисунки I дуга горит между стержнем электрода (1) и основным металлом (---). Под действием теплоты дуги электрод и основной метал плавится, образуя металлическую сварочную ванну (4). Капли жидкого металла (8) с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода (2), образуя газовую защиту (3) вокруг дуги и жидкую шлаковою ванну на поверхности расплавленного метала. Металлические и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образуются сворной шов (6). Жидкий шлак по мере остывания  образует на поверхности шва твёрдую шлаковою корку, которая удаляется после остывания шва.

Для обеспечения заданного состава и свойства сварку выполняют электродами, к которым предъявляют специальные требования.

На рисунке 1, стрелкой / ------ / - указано  направление сварки.

 

Прогрессивным методом сварки также  является  аргонодуговая сварка.

Аргонодуговая сварка – дуговая сварка. При которой в качестве защитного газа используется аргон.

Применяют аргонодуговую сварку неплавящемся вольфрамовым и плавящимся электродом.

Этот процесс предназначен главным  образом для металлов толщенной  менее 3-4 мм. Большинство металлов сваривают на постоянном токе прямой полярности. Сварка алюминия, магния и бериллия ведут на переменном токе.

При прямой полярности /плюс на изделия, минус на электроде/, лучшее условие  термоэлектронной  эмиссии, выше стойкость  вольфрамового электрода и допускаемый придельной ток. Допускаемый ток, при использование вольфрамового электрода ø3 мм составляет ориентировочно при прямой полярности 140-280 А, обратной полярности – только 20-40 А. Дуга при прямой полярности легко зажигается и горит устойчиво при напряжении 10-15 В. в широком диапазоне плотностей тока.

При обратной полярности возрастает напряжения дуги, уменьшается устойчивость её горения, резко уменьшается стойкость  электрода, повышается его нагрев и  расход. Эти особенности и дуги обратной полярности делают её непригодной для непосредственного применения в сварочных процессе. Однако дуга обратной полярности обладает важным технологическим свойством: при её действии с поверхности свариваемого метала удаляется окислы и загрязнения. Это явление объясняется тем, что при обратной полярности и поверхности металла бомбардируется тяжелыми положительными ионами аргона, которые перемещаясь под действием электрического поля от плюса /электрод/, к минусу /изделия/, разрушают окисные плёнки на свариваемом металле, а выходящие с катода /с поверхности изделия/ электроны способствуют  удалению разрушенных окисных плёнок.

Этот процесс удаления называют катодным распылением.

Аргонодуговой сваркой выполняют  швы стыковых, тавровых и угловых  соединений.

При толщине листа до 2,5 мм целесообразно сваривать с отбортовкой кромок при малой величине зазора /0,1-0,5 мм/ можно сваривать тонколистовой метал толщенной от 0,4 до 4 мм без разделки кромок

 

Расположение горелки и присадочного прутка при ручной          аргонодуговой сварке

 

На рисунке 2 изображена аргонодуговая  сварка:

1. электрод
2. присадочный пруток
3. защитный газ
4. сопло горелки

 

 

Ручную сварку выполняют наклонной  горелкой углом вперёд, угол наклона  к поверхности изделия составляет 70- 80º. Присадочная проволоку под  углом 10- 15º, смотри рисунок 2.

По окончанию сварки дугу постепенно обрывают для заварки кратера. При  ручной сварке – её постепенным  растяжением, при автоматической –  спец. устройством для сварки кратера, обеспечивающим постепенное уменьшение сварочного тока.

Для защиты охлаждающего металла, подачу газа прекращают через 10-15 сек. после выключения тока.

Примерный режим ручной аргонодуговой  сварки вольфрамовым электродам стыкового  соединения из высоколегированной стали, толченой 3 мм: диаметр вольфрамового  электрода 3-4мм, диаметр присадочной проволоки 1,6-2 мм, сварочный ток 120-160 А, напряжения на дугу 12-16 В, расход аргона 6-7 л/мин.

Допустимый зазор тем меньше, чем меньше толщина старимого  метала. Листы, толщиной более 4 мм сваривают  в стык с разделкой кромок, при этом допустимый зазор должен быть не более 1,0 мм.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом. Область применения этого вида –  сварка цветных металлов (AI, Mg, Cu, Ti) и их сплавы и легированных сталей (Рис. 3 а, б, в.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3

Рис.3а изменением сварочного тока и напряжения при импульсной сварке вольфрамовым электродом.

Рис 3 б, в. – Вид швов.

I св	сварочный ток
I деж	ток дежурной дуги
т п	время паузы
t св	время сварки

 

Импульсно – дуговая сварка вольфрамовым электродом (рис. 3) заключается в применении в качестве источника теплоты "пульсирующей" дуги с целью концентрации во время теплового и силового воздействия дуги на основной и электродный метал. При стеснённом теплоотводе полнее используется теплота на расплавлении основного металла, чем при сварки постоянной дугой.

Дуга пульсирует с заданным соотношением импульса и паузы /рис. 3/. Сплошной шов  получается расплавлением отдельных  точек с определённым перекрытием. Повторным возбуждением и устойчивость дуги обеспечивается благодаря горению дежурной дуги (10-15 % от силы тока в импульсе). Наряду с силой тока, напряжениям, скоростью сварки к основным параметрам относятся:

 

Длительность импульса Длительность паузы  Длительность цикла сварки Шаг точек

/tсв/ /tп/ t = tсв+tп S=Uсв(+св+tп) где Uсв скорость сварки

Отношения tп/tсв =G называется жесткостью режима

 

Аргонодуговая сварка плавящимся электродам

 

Сварка происходит с капельным  и струнным переносам.

С увеличением тока капельный перенос  метала электрода сменяется струйным и глубина прославления увеличивается. Критическая величена тока, при котором капельный перенос сменяется струйным, составляет: при сварке сталей – от 60 до 120 А на 1 мм² сечения электродной проволоки. При сварке алюминия – 70 А.

При аргонодуговой сварке плавящимся электродам предъявляется более жёсткие требования – перед сваркой необходимо тщательная отчистка кромок свариваемых материалов и проволоки.

 

 

Вид сварки, который является прогрессивным – газовая сварка

 

Газовая сварка выполняется при  низких скоростях нагрева и охлаждения металла, что приводит к укрупнению зёрен около шовного металла, низкой прочности сварного соединения и большим деформациям сварного соединения.

В настоящие время газовая сварка находит применения при ремонте  литых изделий из чугуна и иногда цветных металлов, исправления дефектного литья, при монтаже сантехнических стальных тонкостенных узлов, толченой до 2 мм, наплавке, сварке легко плавких металлов и тд. Газовое пламя применяется при пайке, для подогрева, с целью термической обработки металла, отчистки от ржавчины.

Газовой сваркой можно выполнять  любые швы в пространстве. Наиболее трудно выполнять потолочные швы, ввиду  стекания капель металла из сварочной  ванны.

К преимуществам газовой сварки относятся: простота способа, несложность  оборудования, отсутствия источника электрической энергии.

 

 

Параметры режима:

 

В зависимости от свариваемого материала, его толщины и типа изделия  выбирают следующие основные параметры  режима сварки:

• мощность сварочного пламени,
• вид пламени,
• марку и диаметр присадочного прута,
• флюс,
• способ и технику сварки.