сварочные работы

УДК 621.791(075.32) ББК 34.64 К 60 Колганов Л. А. Сварочные работы. Сварка, резка, пайка, на- К 60 плавка: Учебное пособие. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2003. 408 с. ISBN 5-94798-305-2 Содержание пособия соответствует требованиям государственного образовательного стандарта при подготовке специалистов-сваршикоп. Книга содержит материалы по основам теории сварочных процессов, сварочным материалам, оборудованию, технике и технологии сварки, наплавки. резки. Рассмотрены вопросы технологии изготовления сварных конструкций, технологические особенности различных способов сварки, наплавки, пайки; требования к сварным конструкциям на сталии проектирования. С достаточной полнотой рассмотрены содержание технологических процессов и общие понятия операции, перехода и вида техпроцесса по степени подробности его описания, а также вопросы безопасности труда. Приведен перечень ответственных сварных конструций Госгортехнадзора России, сварка которых выполняется аттестованными сварщиками, а также комментарий Правил аттестации сварщиков и специалистов. Книга будет полезной для студентов колледжей, учащихся профессиональных училищ, а также мастерам и технологам, рабочим, занятым в сварочном производстве. УДК 621.791(075.32) ББК 34.64 €> Колганов Л.А., 2003 Предисловие Сварка является одним из основных технологических процессов в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности. Она позволила внести коренные изменения в технологию производства с вытеснением клепаных конструкций и создать принципиально новые конструкции машин. Современный технический уровень сварочного производства требует от сварщиков и специалистов определенного объема профессиональных знаний. В книге доступно излагаются основы теории сварочных процессов, дается описание оборудования и технологических процессов с применяемыми материалами для сварки, наплавки, пайки. Тематические разделы и содержание материала в предлагаемом учебном пособии составлены в соответствии со стандартом России ОСТ 9.02.10-95 на образование по профессии «сварщик». В книге приведены перечень групп опасных технических устройств, сварка которых выполняется аттестованными сварщиками, а также основные положения и комментарии к новым Правилам аттестации сварщиков и специалистов — ПБ 03-273-99, введенным с 15 января 2000 г. Для лучшего усвоения материала в конце глав даны контрольные вопросы. Приведенный перечень литературы, а также стандарты использованы при составлении учебного материала в части не меняющихся технических основ и понятий. ВВЕДЕНИЕ XX в. стал принципиально важным для развития и применения сварочной науки и техники, особенно первая его половина. В последние 20 лет сварочное производство заметно совершенствовалось, в первую очередь в области оборудования и аппаратуры. В настоящее время сварка — один из ведущих технологических процессов в создании материальной основы современной цивилизации. Сварке подвергаются практически любые металлы и неметаллы в любых условиях — на земле, в воде, в Космосе. Толщина свариваемых деталей колеблется от микронов до метров, масса конструкций — от граммов до сотен тонн. Зачастую сварка является единственно возможным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения заготовок, максимально приближенных к форме и размером готовой детали или конструкции. Более половины валового внутреннего продукта промышленно развитых стран создается с применением сварки и родственных технологий. До 70% мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Соединения, получаемые сваркой, характеризуются высокими механическими свойствами, небольшим расходом металла, низкой трудоемкостью и невысокой себестоимостью. Надежность соединений, выполненных сваркой, позволяет применять ее при сборке самых ответственных конструкций. Введение 5 Научно-технические, экспериментальные и практические работы, выполненные в последние десятилетия XX в. (примерно с 1970 г.) в области сварки, ПОЗВОЛИЛИ создать принципиально новые конструкции машин. Развитие сварки В развитие сварочной науки и техники особый вклад внесли российские ученые и инженеры — В. В. Петров (1761—1834), Н. Н. Бенардос (1842-1905), Н. Г. Славянов (1854-1897). Василий Владимирович Петров впервые в мире в 1802 г. обнаружил явление электрического дугового разряда от построенного им сверхмощного «вольтового столба», который состоял из 2100 пар разнородных кружков — элементов (медь + цинк), проложенных бумажными кружками, смоченными водным раствором нашатыря. Проделав большое количество опытов со своей батареей, он показал возможность использования электрической дуги для освещения и плавления металлов. К моменту открытия дугового разряда электротехника только начинала создаваться. Открытие В. В. Петрова опередило время практического применения дуги для сварки на 80 лет. Его осуществил Николай Николаевич Бенардос — автор многих изобретений в области электротехники. Н. Н. Бенардос предложил и произвел в 1880—1890 гг. все основные виды дуговой сварки: плавящимся и неплавящимся электродами дугой прямого и косвенного действия, ручную, полуавтоматическую и автоматическую, незащищенной дугой и в среде защитного газа. Н. Н. Бенардос в 1887 г. предложил основные виды электрокон- тактной сварки — точечную и роликовую. После детальной разработки своего изобретения Н. Н. Бенардос получил на него патенты в Англии, Бельгии, Германии, Италии, Франции, США и в других странах. В 1886 г. он получил русский патент на «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электричес 6 Сварочные работы кого тока». Н. Н. Бенардос применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов. Почти одновременно с Н. Н. Бенардосом работал другой крупнейший изобретатель — Николай Гаврилович Славянов, много сделавший для развития дуговой сварки. Николай Гаврилович Славянов в конце 1888—1889 гг. осуществил и широко внедрил электродуговую отливку металлических изделий и сварку плавящимся металлическим электродом, разработал основы металлургии сварочного процесса и, в частности, осуществил сварку под шлаковой защитой. Обладая глубокими знаниями металлургии и электротехники, Н. Г. Славянов разработал способ дуговой сварки металлическим электродом с защитой сварочной зоны слоем порошкообразного вещества (флюса) и первый в мире механизм «электроплавильник» — для полуавтоматической подачи электродного прутка в зону сварки. Способ сварки плавящимся металлическим электродом получил название «дуговая сварка по способу Славянова». Первая публичная демоне грация новою способа состоялась в 1888 г. в Перми. Изобретения Н. Г. Славянова получили мировое признание, они были запатентованы во многих странах Европы, в Америке. В 1893 г. на Всемирной выставке в Чикаго Н. Г. Славянов был награжден дипломом и золотой медалью за изобретение электро- дуговой сварки металлов. Н. Г. Славянов научился рассчитывать и строить электрические приборы и машины, в том числе крупные по тем временам динамо-машины для нужд заводского производства, и в частности специальный сварочный генератор. Эти машины в дальнейшем стали технической базой разработки блестящих изобретений луговой электросварки и электрической отливки, прототипа электрошлаковой сварки и электрошлакового переплава сталей. Славянов впервые с помощью нового способа сварил вал паровой машины. Свой способ он назвал «электрической отливкой металлов», электросварщика — «электроотливщиком», а организованный им впервые в мире электросварочный цех — «элсктролитей- ным». Здесь были подготовлены первые электросварщики. Под «электрической отливкой» изобретатель понимал дуговую электрическую сварку металлическим электродом, а под термином «сварка» — только сварку давлением или Введение 7 пластическую сварку без расплавления свариваемого металла, например, широко применяемую тогда кузнечную сварку. В 30-х годах XX в. были организованы исследовательские лаборатории, институты. Началась подготовка специалистов по сварке. В этот период большой вклад в развитие и внедрение сварочных процессов внес другой наш соотечественник — Евгений Оскарович Патон. Он разработал и приступил к реализации программы совершенствования оборудования и технологий сварки, особо добиваясь улучшения качества соединений. В созданной им лаборатории, преобразованной в 1934 г. в научно-исследовательский институт (первую в мире специализированную организацию по изучению проблем сварки), одним из направлений стало развитие элсктроду- говой сварки металлическими электродами и электродной проволокой. К концу 30-х годов исследователи вернулись к идее Славянова защищать зону дуги насыпным флюсом, а электрод подавать без специальных защитных материалов. Основные этапы развития сварки Развитие сварки в нашей стране можно условно разделить на 5 этапов. 1. Подготовка калров (1918—1928) и начало развития науки. В 1925 г. академики В. П. Никитин и А. И. Вологдин организовали сварочные специальности в институтах Днепропетровска и Владивостока. 2. 1929—1935 годы — бурное развитие сварки и резкое повышение се качества. Сварка стала применяться как технический процесс для изготовления новых изделий в отдельных областях промышленности. В 1929 г. создан Автогенный комитет, который способствовал внедрению электродуговой сварки. 3. 1935—1940 годы — курс на резкое повышение качества сварных конструкций и производительности труда сварщиков. В этот период сварку стали внедрять во всех отраслях промыт- ленности. В 1936 г. началось применение качественных электродов вместо электродов с меловой обмазкой. 4. 1941 — 1945 гг. — активное применение сварки, продиктованное условиями военного времени. В Нижнем Тагиле открыто явление саморегулирования дуги (профессор Дятлов). Разрабатываются различные способы сварки под флюсом, а также продолжаются Сварочные работы исследования в области сварки. 5. С 1946 г. — дальнейшее всестороннее развитие сварки и наплавки, появление новых видов и способов сварки, наплавки и резки, например, сварка трением, ультразвуковая сварка, взрывом, вибродуговая наплавка, плазменная, лазерная сварка и резка, сварка в защитных газах и другие. Глава 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СВАРКИ 1.1. Основные понятия Процесс неразъемного соединения двух или нескольких деталей (металлов) называется сваркой. Соединение металлов происходит за счет сцепления их атомов. Межатомные связи можно получить при смещении (движении) их за счет сторонней энергии, при каюром атомы смогут занять устойчивое положение в общей атомной решетке. Этим достигается равновесное состояние между силами притяжения и отталкивания. Энергия извне называется энергией активации. ДЛЯ преодоления трудностей, мешающих соединению твердых тел, в сварочной технике используют следующие основные средства: 1. Нагрев — термическая активация. 2. Давление — механическая активация. 3. Зачистка соединяемых поверхностей. Необходимым условием для образования неразъемных соединений из однородных металлов, является соприкосновение свариваемых частей. По признаку применяемой активации для образования межатомных связей неразъемного соединения сварку делят на два вида: 1. Сварка плавлением — сварка выполняется без сдавливания. 2. Сварка давлением. Сварка плавлением состоит в том, что жидкий металл одной оплавленной кромки соединяется и перемешивается с жидким метал 10 Сварочные работы лом второй оплавленной кромки, образуя общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. По способу нагрева электрическая сварка плавлением делится на электрическую дуговую и электрошлаковую, электроконтакт- ную и электронно-лучевую. Металл шва может образовываться как за счет оплавленных кромок (рис. I), так и за счет дополнительного присадочного металла (рис. 2). Для нагрева свариваемых кромок металла используются различные источники местного нагрева: электрическая дуга, газовое пламя, химическая реакция с выделением теплоты, теплота расплавленного шлака, энергия электронного или лазерного излучения, плазма, а также печь. Межатомные связи в сварном соединении при сварке плавлением достигаются за счет расплавления кромок, смачивания их между собой, либо расплавления их присадочным металлом. Зона вблизи границы оплавленной кромки называется зоной сплавления. В этой зоне образуются межатомные связи. Ширина ее очень мала (микрометры), но роль в прочности соединения исключительно велика. Рис. 1. Схема электродуго вой ручной сварки плавящимся электродом: 1 — изделие; 2 — дуга; 3 — электрод Этот способ имеет массовое применение в промышленности. На его долю приходится до 65% всех объемов сварочных работ Рис. 2. Схема электродуговой ручной сварки неплавящимся электродом (как правило, в среде защитного газа, в том числе инертного): 1 — изделие; 2 — дуга; 3 — присадочный металл; 4 — электрод неплавящийся (вольфрамовый); 5 — поток защитного газа 11 Глава 1. Основы теории сварки 6 Рис. 3. Сварка электродуговая автоматическая под флюсом: 1 — электрод; 2 — ролики, подающие электродный материал; 3 — изделие; 4 — шланг флюсоотсоса; 5 — бункер для флюса с пневматическим флюсоотсасывающим устройством; 6 — воздух сжатый для создания разряжения (вакуума) во флюсоотсасывающем шланге Сжатие Рис. 5. Контактная точечная сварка: 1 — электроды, подводящие сварочный ток к свариваемым изделиям; 2 — свариваемые изделия с нахлесточным соединением; 3 — сварочный трансформатор Рис. 4. Контактная стыковая сварка: 1 — зажимные контакты машины; 2 — свариваемые стержни; Р — усилие сдавливания заготовок в стыке после его разогрева Применяется для сварки стыков заготовок круглого сечения, например, концевого режущего инструмента Рис. 6. Контактная шовная (роликовая) сварка: 1 — изделие; 2 — токоподводящие вращающиеся ролики Подача изделия вдоль шва выполняется вращающимися роликами. 12 Сварочные работы Через ролики подводится сварочный ток кратковременными импульсами {доли секунд) с небольшими паузами, образуя сварные точки, перекрывающие краями друг друга, этим создается сплошность шва. Применяется для сварки бензобаков, огнетушителей, фляг и подобных изделий (рис. 6) Рис. 7. Электрошлако вая сварка: 1 — кромка свариваемого изделия; 2 — флюс; 3— электродный металл (проволока, пластина, лента и т. д.); 4— расплавленна я шлаковая ванна (расплавленный флюс); 5— сварочная ванна; 6 — водоохлаждае мые формирующи е устройства ползуны подвижные Т — направление сварки (движения ползунов) Рис. 8. Электронно-лучевая сварка. Сварка производится теплом, которое выделяется при ударе быстро движущихся электронов (пучка) 1 о поверхность свариваемых деталей 7. Источником излучения электронов служит раскаленный катод 2. питаемый высоковольтным источником 3. Электронный луч проходит через анод 4 и фокусируется магнитной линзой 5. Сварка осуществляется в камере б с глубоким вакуумом. Вакуум нужен для беспрепятственного прохождения потока электронов, чтобы не потребовалось запредельно поднимать напряжение в установке 13 Глава 1. Основы теории сварки Сварной шов имеет очень малую ширину, так как электронный луч представляет собою весьма концентрированный источник тепла, проникающий на значительную глубину (до 100 мм). Сварку применяют для стыковых соединений, снятие фасок не требуется. Электронно-лучевая сварка применяется для соединения деталей из металлов, имеющих высокую температуру плавления (вольфрам, молибден, ниобий), а также легко поддающихся окислению (алюминий, магний, бериллий), сварки изделий из хромоникелевых и других высоколегированных сталей. Способ электронно-лучевой сварки опубликован в 1956 г. французом Старом, в СССР впервые осуществлен в 1958 г. Сварка давлением Образование сварного соединения происходит за счет пластического деформирования свариваемых частей без расплавления металла и перехода его в жидкое состояние. Пластическое деформирование стыка свариваемых кромок производится статической либо ударной нагрузкой, например сваркой взрывом. Для осуществления холодной сварки достаточно применить механическое усилие сжатия. Иногда при сварке давлением применяют местный нагрев. При пластической деформации в зоне свариваемых кромок происходит трение, что ускоряет процесс установления межатомных связей между соединяемыми частями. Это называется зоной соединения. 1.2. Виды, способы, методы сварки Группа сварочных процессов, в которых используется один источник теплоты характеризует вид сварки, например, есть три основных вида сварки — дуговая электросварка, где источником теплоты является электрическая дуга; электрошлаковая — теплота аккумулируется в сварочной ванне, электронно-лучевая. Способ сварки — это вариант конкретного вида сварки, который отличается от других по ведению процесса, например, сварка открытой дугой, сварка под флюсом, сварка в защитных газах, ручная сварка. Метод сварки — это разновидность способа сварки и отличается от других непринципиальными изменениями, например, ручная дуговая сварка обычная и с опиранием обмазки, или сварка наклонным электродом, автоматическая сварка с увеличенным вылетом электрода, когда коэффициент расплавления теплотой Джоуля—Ленца выше. По виду применяемой энергии сварку подразделяют на 3 класса (ГОСТ 19521-74): 14 Сварочные работы 1. Термический. 2. Термомеханический. 3. Механический. К термическому классу относятся виды сварки, которые выполняются с плавлением соединяемых частей в зоне сварки с использованием тепловой энергии. Основные виды сварки термического класса — дуговая, газовая, электрошлаковая. электронно-лучевая, плазменная, лазерная и другие. К термомеханическому классу относятся виды сварки с использованием давления в сочетании с тепловой энергией. Это элект- роконтактная сварка, диффузионная, газопрессовая и другие. Широкое применение имеет электрическая контактная сварка с применением давления и электронагрева. Электрический сварочный ток проходит в зоне контакта соединяемых деталей, мощным кратковременным импульсом разохревает металл до состояния местного расплавления и при приложении давления происходит сварка. Диффузионная сварка — сварка давлением за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации. При прессовой сварке разогрев соединяемых частей выполняется газовым пламенем, затем производят сжатие деталей. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые с применением механического усилия (энергии) и давления, например, холодная сварка, сварка взрывом, ультразвуковая, трением и другие. Холодная сварка — это сварка давлением при большой пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей. Свар Глава I Основы теории сварки 15 ке подвергают только пластичные материалы (медь, алюминий, свинец и др.) Сварка взрывом — сварка, при которой для создания давления используется энергия взрыва, при этом происходит соударение соединяемых деталей. Таким способом соединяют, например, большие листы внахлест из разнородных материалов (рис. 9). Более 20 лет применяется соединение стального листа с алюминиевым с очень высоким качеством сварки при толщине стального листа 8 мм, алюминиевого Ю мм. По всей площади соединения (1500 х 4000 мм) сварка одинаково прочная. 2 1,3 — свариваемые листы; 2 — заряд взрывчатого вещества нужной толщины; а — угол между листами(5—8°); 4 — зазор (необходимый); 5 — детонатор Ультразвуковая сварка — сварка давлением под воздействием ультразвуковых колебаний. Впервые появилась в 1958—1959 годах. Сварка трением — сварка давлением, при которой нагрев свариваемых торцов выполняют за счет трения в их стыке. Детали вращаются обе в разные стороны, либо одна неподвижна. 1.3. Электродуговая сварка w Для электродуговой сварки необходима сварочная дуга, которая получает питание от специального электрического источника. Дуга горит между электродом и изделием. я питания дуги используются переменный и постоянный ток от трансформаторов или преобразователей, выпрямителей, агрегатов (рис. 10). 16 Сварочные работы Рис. 10. Схема ручной сварки: 1 — источник питания дуги; 2 — провода сварочные: 3 — электрод; 4 — изделие При дуговой сварке плавящимся электродом шов образуется за счет расплавления электрода и свариваемого металла^При сварке неплавящимся электродом шов заполняется металлом свариваемых частей, но иногда присадочным металлом, подаваемым в зону дуги со стороны. К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые, к неплавящимся — угольные, графитовые, вольфрамовые. .. Сущность электродуговой сварки в том, что свариваемый металл плавится теплом дуги. При сварке постоянным током количество тепла на электродах различное, поэтому в сварке введено понятие полярности — прямой и обратной. Обратная полярность — когда (+) от источника на элсктрододержателе, а (—) на детали, прямая — наоборот. Материал электродного покрытия также налагает ограничения на выбор полярности. Например, угольный электрод горит с сильным разогревом при обратной полярности и быстро разрушается (на (+) больше тепла), а голая проволока лучше горит при (+) на ней и очень плохо горит, когда на ней (—), совсем не горит при переменном токе. При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов требуется защита расплава сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха, ибо последние ухудшают механические свойства металла шва. Поэтому защищают зону дуги, сварочную ванну, а также электродный стержень. По способу защиты металла от воздуха дуговую сварку разделяют на следующие способы: с покрытыми электродами, в защитных газах, под флюсом, порошковой самозащитной проволокой. Глава 1. Основы теории сварки 17 Длиной сварочной дуги называют расстояние между концом электрода и поверхностью кратера (углубления) сварочной ванны. По степени механизации сварочного процесса луговая сварка подразделяется на ручную, полуавтоматическую (механизированную) и автоматическую. При горении дуги по мере плавления электрода необходимо электрод подавать в зону сварки для поддержания постоянной длины дуги. В процессе сварки выполняются два основных движения: подача электрода или проволоки в сварочную ванну по мере его оплавления и перемещение электродного материала (дуги) по направлению свариваемых кромок. При ручной сварке оба движения выполняются сварщиком вручную. При полуавтоматической сварке (механизированной) подача элекгродного материала в сварочную ванну выполняется так называемым подающим механизмом. Подающий механизм в комплекте со шланговым держателем и источником питания представляет собой сварочный полуавтомат. Различные конструкции подающих механизмов в комплекте со шланговым держателем позволяют осуществлять подачу сварочной проволоки (по направляющей спирали) сплошного сечения диаметром 0,8—3,2 мм. Эти диаметры применяются в производстве как самые рациональные. При автоматической сварке подача электродной проволоки или электродной ленты, а также движения по сварочному стыку осуществляется механизмами. Такие устройства называются сварочными автоматами. Конструктивное исполнение сварочных автоматов возможно самое различное — от самоходных сварочных тракторов до подвесных (на монорельсе) самоходных сварочных головок. При сварке под флюсом дуга горит под слоем порошкообразного, зернистого флюса, который полностью закрывает дугу и место плавления металла. Электродом служит сварочная проволока. Флюс защищает расшшвленный металл от газов воздуха и улучшает качество формирования шва. При этом ^меныг^еГСГНЫ ызовыс выделения. ЯБЛИСТЕКА отсутствуют прсф .с :о.>й„1ьное излучение, училище № 129 разбрызгива ние металла, 18 Сварочные работы Дуговая сварка под флюсом выполняется сейчас автоматами, хотя ранее применялись (ограниченно) и полуавтоматы. Сварка порошковой проволокой выполняется в защитном газе (С0 2), а также и без газовой защиты — когда проволока самоза- щитная, т. е. внутри заформован (закатан) порошок из смеси необходимых веществ. Сварка порошковой проволокой в углекислом газе не отличается по схеме от сварки сплошной проволокой в С02. Сварка в защитных газах выполняется как с подачей плавящейся проволоки, так и неплавящимся электродом и может быть ручной, механизированной и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ (химически активный), аргон (инертный), азот (инертный для меди, бронзы), а также смеси газов (аргон + углекислый газ). Сварка давлением — сварка без местного нагрева (холодная сварка, ультразвуковая сварка, сварка взрывом) и с местным нагревом для ускорения пластической деформации металла в зоне сварки, например, контактная сварка, сварка трением. Сварка трением очень широко применяется в инструментальной, автомобильной промышленности и во многих отраслях машиностроения. 1.4. Соединения и швы Все соединения элементов под сварку подразделяются на четыре основных вида: стыковое, угловое, тавровое, нахлесточное, а швы делят на два вида: стыковые и угловые (рис. 11). Сварное соединение состоит из сварного шва, зоны сплавления, зоны термического влияния и основного металла (рис. 12). Тип сварного соединения и вид сварки назначает конструктор с указанием стандарта на сварку. Например, ГОСТ 5264 предусматривает форму подготовки кромок и размеры шва для ручной дуговой сварки, ГОСТ 14771 — на сварку в защитном газе. Достоинство стыковых соединений — широкий диапазон соединяемых толщин металла, экономичность по металлу и электроэнер 19 Глава 1. Основы теории сварки гии; недостаток — необходимость точной сборки и обработки скосов кромок (фасок) под сварку. Недостатком нахлесточных^оединений является неэкономичность расхода металла. Величина нахлестки должна быть нс менее грех толщин металла (который тоньше). Силовой поток в нахлссточном соединении от ШЕЛ е Рис. 11. Виды сварных соединений: а, б — стыковое; в — стыковое отбортовочное; г — нахлесточное; д — угловое; е — тавровое; ж — прорезное; з — торцовое 20 Сварочные работы 1 Рис. 12. Схема сварного соединения: 1 — сварной шов; 2 — зона сплавления; 3 — зона термического влияния (ЗТВ), 4 — изделие рабочей нагрузки проходит не по одной прямой линии, как это происходит в стыковом соединении, поэтому нахлесточное соединение хуже работает при переменных или динамических нагрузках. Недостатком нахлесточного соединения является и возможность попадания влаги между листами. К преимуществам нахлестки относятся простота сборки, отсутствие фасок под сварку, меньшая точность сборки. Форму подготовки кромок под сварку в зависимости от толщины и соединения указывает в ГОСТ. Сварной шов — это конструктивный элемент сварного соединения, образованный затвердевшим после расплавления металлом по линии перемещения источника сварного нагрева. Геометрическое очертание и размеры швов указаны в ГОСТ на каждый вид соединения и сварки (рис. 13). Стыковой шов характеризуется шириной и усилением, глубиной провара, зазором в стыке, а угловой — катетом шва (рис. 13). Угловые швы имеются в тавровых, угловых и нахлесточных соединениях. По форме наружной поверхности швы могут быть плоскими и выпуклыми. Вогнутые швы нежелательны, так как при остывании и кристаллизации металла шва часто появляются горячие трещины из-за воздействия растягивающих сил при усадке шва. При остывании контур усиленного шва по линии 1—2—3 будет занимать положение, обозначенное пунктирной линией, которая Рис. 13. Сварные швы: А — зазор; В — ширина шва; Н — высота шва (усиление); К — катет шва Глава 1. Основы теории сварки 21 короче первоначальной, и усадка будет проходить спокойно (см. рис. I3). При вогнутом шве эти процессы будут протекать с удлинением кривой контура шва по пунктирной линии, металл либо должен удлиниться в зоне 1—4—3 по пунктирной линии, либо произойдет разрыв местный, поверхностный, не на всю глубину, образуя кристаллизационную трещину. 1.5. Виды подготовки кромок При подготовке кромок к сварке выполняют три основных требования: 1. Зачистка кромок от коррозии и загрязнений, особо от масел. 2. Снятие фасок нужных размеров — в соответствии с ГОСТом на данный вид сварки. 3. Обеспечение зазоров, которые указаны в ГОСТе для конкретного вида соединения. На кромках снимают фаски для обеспечения доступности сварочной дуги на всю толщину металла для обеспечения провара. При слишком большой толщине свариваемых кромок фаски делают криволинейными, чтобы не снимать обычными прямыми фасками излишки металла (на станке), который затем приходится возвращать путем сварки. Виды подготовки кромок представлены на рис. 14. 2 31 22 4 Рис. 14. Виды подготовки кромок под сварку: 1 — со скосом двух кромок; 2 — со скосом одной кромки; 3 — с двумя симметричными скосами одной кромки: 4 — с двумя симметричными скосами двух кромок; 5 — с криволинейным скосом двух кромок; 6 — с двумя симметричными криволинейными скосами двух кромок; 7 — со скосом одной кромки; 8 — с двумя симметричными скосами одной кромки Сварочные работы На торцах свариваемых кромок оставляют притупления для предотвращения прожогов. При сборке стыков между кромками (притуплениями) всегда оставляют зазор, необходимый для провара. Выбор формы подготовки кромок зависит от способа сварки, толщины металла, способа соединения элементов. На каждый способ сварки существует стандарт на формы подготовки кромок, размеры швов и допускаемые отклонения от них. Например, ГОСТ 5264-80 — на ручную дуговую сварку; ГОСТ 14771-76 на дуговую сварку' в защитных газах; ГОСТ 15164-68 — на электрошлаковую сварку; ГОСТ 15878-79 — на контактную сварку, и т. д. Глава 1. Основы теории сварки 23 1.6. Система обозначения сварки В конструкторской и технологической документации обозначение швов сварки применяют в соответствии с ГОСТ 2.312-72. Обозначение сварки выполняется наклонной линией с односторонней стрелкой, а характеристика шва, способ сварки и прочее — указывается над или под горизонтальной полкой, которая смыкается с наклонной линией. Односторонняя стрелка указывает место шва. Если контур шва на лицевой стороне — видимый, то характеристика шва указывается над полкой, если шов невидимый — то под полкой линии - выноски, т. е. шоп видимый f'luoB невидимый. Условное обозначение сварного шва состоит из вспомогательных знаков, обозначения стандарта на сварку, вида и способа сварки. Применяются следующие вспомогательные знаки: — прерывистый шов с цепным расположением участков; / Z =□ — прерывистый шов с шахматным расположением участков; — шов по незамкнутому контуру; 1 — монтажный шов; _о_ — шов со снятым усилением; о — шов по замкнутому контуру; vz — шов, имеющий плавный переход к основному металлу. Для обозначения видов и способов сварки используют буквенное обозначение: Э — дуговая сварка. В связи с самым широким применением дуговой сварки буква Э на чертежах нс проставляется; Г — газовая сварка; Ш — электрошлаковая сварка; 24 Сварочные работы И — сварка в инертных газах; Вз — взрывом; Пл — плазменная; Кт — контактная; У — в углекислом газе; Тр — трением; X — холодная сварка. Виды соединений указываются соответствующими буквами — С, Т, Н, У (стыковое, тавровое, нахлестом нос, угловое). Цифры после буквы указывают номер соединения по соответствующему ГОСТу на сварку. Под этим номером изображены форма соединения и размеры шва. Примеры обозначения сварки: imiBHije |■ -шшш- ГОСТ 5264-80-Л8—50/150- w означает, что сварка ручная, катетом 8 мм, прерывистый цепной шов, провар 50 мм, пропуск 100 мм, гак как L/t — это шаг сварки по ГОСТ, где L — длина шва, а / — это шаг сварки, в который ВХОДИТ шов, и пропуск — участок без шва. Самая распространенная ошибка сварщиков, когда проваривают 50 мм, а пропускают 150 мм. L/t — обозначение прерывистого шва (цепного). у ГОСТ 14771-76-T4-yriA6-50Z150 — означает, что шов на невидимой стороне, сварка в защитном газе, шов таврового соединения № 4 по ГОСТ 14771-76, в углекислом газе, полуавтоматическая сварка, катетом 6 мм, прерывистым швом шахматного расположения, по всему контуру. Когда на сварном узле несколько одинаковых сварных швов, го первое обозначение сварки нумеруют на наклонной части линии- выноски, а в остальных местах такой же сварки наносят наклонную Глава 1. Основы теории сварки 25 линию обозначения сс, а над линией проставляют номер обозначения этой сварки. Например, П ГОСТ 5264-80Д6- =1 - означает, что с этой характеристи- кой шва сварка еще в трех местах (3 № 1) на чертеже узла, шов монтажный (при монтаже — вне цеховых условий), катетом 6 мм, по не з амкнутому контуру. V 1.7. Сварочная дуга Электрический разряд между двумя электродами в ионизированной смеси газов и паров металла с выделением теплоты, звуковой и лучистой энергии называется сварочной дугой. Для получения длительного дугового разряда в газе необходима достаточная сила тока. Хорошим источником тока считается тот, который расплавляет свариваемые кромки при минимальной температуре. Для сварки металлов обычно используется электрическая дуга прямого действия, когда одним электродом является металлический или угольный стержень, а вторым — свариваемое изделие. Электропитание может быть от источников постоянного и переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Свойства дуги зависят от рода тока, полярности, характеристики источника тока, состава атмосферы, дугового промежутка, состава расплавленного металла, режима сварки. В сварочной технике различают дугу свободную и сжатую. Свободная — когда дуга горит между электродами и изделием на воздухе, сжатая — когда поперечное сечение дуги принудительно уменьшено. Свободная дуга состоит из трех зон: 1 — катодной, с катодным пятном; 2— анодной, с анодным пятном, бомбардирующимся электронным (т. е. минусовым) потоком; 3 — столба дуги в промежутке между катодной и анодной зонами (рис. 15). + 26 Сварочные работы Рис. 15. Строение дуги: 1— катодное пятно; 2— анодное пятно; 3 — столб дуги Температура в столбе свободной дуги — 7000°С, на анодном, катодном Процесс образования электри пятне — до 1900°С. Этой разностью температур объясняется нерасплавля- емость вольфрамового электродного стержня, у которого температура плавления более 3000°С. чески заряженных частиц (электронов и ионов) в межэлектродиом пространстве называется ионизацией, а газ, в котором появились заряженные частицы, делается электропроводным и называется ионизированным газом. Основным фактором, вызывающим ионизацию, является высокая температура газа, поддерживаемая энергией электрического тока. Степень ионизации столба дуги очень высока. Сильно ионизированный газ столба называют электронной плазмой и его (газа) электропроводность приближается к электропроводности металлов. Чем больше заряженных частиц в газе, тем выше его ионизация. Дуговой разряд существует за счет эмиссии, т. е. выхода электронов. Заряд электрона постоянный. Энергия, затраченная на отрыв электрона от атома, а значит, и на образование положительного иона, называется работой ионизации. Эта работа, выраженная в электрон вольтах (эВ), называется потенциалом ионизации. Величины потенциалов для различных материалов колеблются от 3,9 до 24,5 эВ. Наименьшими потенциалами ионизации обладают щелочноземельные материалы (кальций, калий, натрий) и их соединения. Для повышения степени ионизации, а значит, для стабилизации горения дуги, в дуговой промежуток (через обмазку электродов или флюс) вводят элементы с малым потенциалом ионизации. Чем ниже потенциал ионизации, тем лете оторвать электрон с электронной оболочки, т. е. получить свободный электрон, тем легче стабилизировать электрическую дугу. Но от потенциала ионизации зависит температура столба дуги: чем выше потенциал, тем выше температура. Потенциалы ионизации некоторых элементов следующие (в эВ): калий — 4,32 ; натрий Глава 1. Основы теории сварки 27 — 5,12; алюминий — 5,96; хром — 6,74; марганец — 7,6; железо — 7,83; кремний — 7,94; углерод — 11,24; углекислый газ — 14,3; аргон — 15,7; азот — 14,51. Длина дуги — это расстояние от конца электрода до поверхности сварочной ванны и обычно равно 2—6 мм. Дуга длиной более 6 мм считается длинной. Между температурой столба дуги и потенциалом ионизации найдена зависимость в форме числа 810, т. е. Тс = 810 х КэВ, где Тс — температура столба дуги в “Кельвина; УэВ — потенциал ионизации данного вещества. При сварке покрытыми электродами температура столба дуги намного не достигает температуры, необходимой для полной ионизации газов в дуговом промежутке. Из нескольких видов эмиссии электронов следует отметить две, особенно заметные при сварке: термоэлектронную и автоэлектрон- ную. Термоэлектронная эмиссия, или электронная эмиссия нагретого катода, происходит от нагревания металла до высокой температуры, при этом ослабляется связь электрона с ядром атома и под влиянием электростатического поля электрон отрывается с поверхности катода и устремляется к аноду. Термоэлектронная эмиссия достигает очень высоких значений у тугоплавких материалов (угольный, графитовый, вольфрамовый электроды). У стальных и медных катодов электронная (термоэлектронная) эмиссия нагретого катода незначительна. Автоэлектронная эмиссия — или эмиссия холодного катода, создается появлением элсктрополя очень высокой напряженности в тонком слое у поверхности катода. Для стальных и медных катодов эта эмиссия имеет решающее значение. Она происходит независимо от температуры элсктрополя, за счет его энергии. Другие факторы, вызывающие электронную эмиссию на катоде, в условиях сварочной дуги имеют второстепенное значение. Электрическая дуга — это неоднородный проводник, включенный последовательно в сварочную цепь. Общее падение напряже 28 Сварочные работы ния, равно сумме палений напряжения в катодной, анодной облас тях и в столбе дуги (рис. 16): и д = и хиц+ис. Катодное и анодное падения напряжения зависят от материала электрода и свариваемого изделия, свойств газовой среды и других показателей; для каждого данного процесса они постоянны. Падение напряжения в столбе дуги зависит от ее длины. При сварке стали металлическим электродом напряжение на дуге составляет 18—30 В, угольным электродом — 30—40 В. Для возбуждения Рис. 16. Падения напряжедуги при сварке металлическим электродом ния на дуге: необходимо напряжение 40—60 В. Это UK — в катодной области, 0в — в анодной области, Uc напряжение называется напряжением — в столбе дуги, зажигания. Ld — длина дуги Участки статической вольт-амперной характеристики дуги (рис. 17) Участок I — характеристика дуги падающая, напряжение падает, ток возрастает, катодное пятно и поперечное сечение душ увеличиваются. Участок 2 — плотность тока в столбе постоянна, так как сечение столба душ увеличивается пропорционально току, поэтому напряжение дуга постоянно. Характеристика душ этого участка Рис. 17. Статическая называется жесткой; она обеспечивает вольт-амлерная характериустойчивый процесс сварки. стика дуги Участок 3 — когда сечение столба душ уже не может увеличиваться, плотность тока возрастает с увеличением тока, а проводимость дуги остается постоянной, это вызывает увеличение напряжения дуги. Характеристика называется возрастающей. Глава I Основы теории сварки 29 Электрическая дуга переменного тока может гаснуть и вновь зажигаться один раз в течение каждого периода. Во время этих перерывов будет уменьшаться (прерываться) и степень ионизации дугового промежутка, что снизит устойчивость дуги. Для повторного зажигания дуги требуется несколько большее напряжение, чем напряжение горения. Для повышения устойчивости дуги переменного тока применяют повышенное напряжение зажигания (по сравнению с постоянным током), введение в покрытия электродов элементов с низким потенциалом ионизации и включение в сварочную цепь индуктивного сопротивления для сдвига нулевого значения тока относительно нулевого значения напряжения. 1.8. Тепловая мощность дуги Нагрев Тепловую энергию сварочная дуга получает за счет превращения электрической энергии, которая составляет 0,24 U • I кал/с, где 0,24 кал/Вт • с — коэффициент перевода из электротехнических единиц в тепловые. U • I — напряжение и ток дуги. Эффективная (действующая) тепловая мощность дуги всегда меньше ее полной мощности на величину непроизводительных потерь тепла в окружающую среду, разбрызгивание, нагрев электрода, и т. д. Эффективный коэффициент полезного действия К э показывает, какая часть тепла используется на расплавление металла. При сварке металлическими электродами К.^ = 0,7—0,75; при сварке под флюсом Ка = 0,8—0,95. Нагрев при электроиишковои сварке осуществляется за счет расплавленного, сильно перегретого токопроводящего шлака, который находится в зазоре между свариваемыми деталями. Температура шлака превышает 2000°С. При прохождении электрического тока от электрода к расплавленному металлу происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая мощность, так же как и при электродуговой сварке, равна 0,24 U • I кал/с. Почти вся электрическая мощность расходуется на расплавление шлака, электрода и кромок основного металла. Тепловая эффективность Эффективность оценивается коэффициентом расплавления а р и коэффициентом наплавки ан. Коэффициент расплавления ар зависит от количества теплоты, передаваемой от дуги к электроду, и показывает массу 30 Сварочные работы расплавленного электродного металла, приходящуюся на один ампер тока в течение часа горения дуги, и имеет размерность г/А ч. Он зависит от плотности тока, состояния покрытия электрода и полярности тока на электроде. Но расплавленный металл электрода нс полностью переносится в шов, а частично теряется на разбрызгивание, испарение и угар в процессе горения дуги. Эти потери и учитывает коэффициент наплавки а и, который всегда меньше коэффициента расплавления на величину потерь. Обычно а и < ар на 1—3 г/А ч. На состояние ан и ар влияет состав электродного покрытия и иногда они могут быть почти равны. Потери электродного металла составляют 3—20%. Потерь меньше 3% не бывает, а при потерях более 20% сварка электродами становится невыгодной. 1.9. Магнитное дутье Это явление создает иногда серьезные препятствия качественной сварке, так как дуга отклоняется от нужной зоны и процесс образования шва нарушается. Магнитное дутье — это воздействие на сварочную дугу магнитным полем при взаимодействии магнитного поля изделия и магнитного поля электрода, которое приводит к отклонению дуги от оси электрода и от зоны сварки (рис. 18). Это явление присуще сварке при постоянном токе и становится заметным при сварочном токе более 150 А. а при повышенном сварочном токе оказывает большое воздействие и отклоняет дугу от оси электродов в сторону более близких к дуге ферромагнитных масс, так как эти массы имеют Рис. 18. Дуга и магнитное поле Глава 1. Основы теории сварки 31 меньшее сопротивление для замыкания магнитного потока (поля), чем воздух. Это явление создает серьезные трудности при выполнении шва. Все проводники, по которым протекает электрический ток, чувствительны к магнитным полям, сами проводят магнитные поля. Эта чувствительность относится и к сварочной дуге. Собственное магнитное иоле — это поле, которое возникает при прохождении электрического тока по собственным элементам сварочной цепи, в состав которой входят электропровод, электрод, сварочная дуга. На величину магнитного дутья влияют конфигурация и расположение деталей, а также толщина металла и сила сварочного тока. Если магнитное дутье отсутствует, значит, сварочная дуга расположена симметрично и горит, являясь продолжением электрода, т. е. вдоль его оси. Дуга отклоняется влево, так как вокруг нее образуется несимметричное магнитное поле. С правой части дуга более концентрированна, поэтому появляется равнодействующая, называемая силой бокового распора. Сила распора появляется с той стороны, где происходит сложение магнитных потоков, где больше плотность магнитного поля на конкретном участке при не симметричном подводе тока второго сварочного провода (см. рис. 18). Направление отклонения нс зависит от полярности, но зависит от симметричности магнитного поля, неравномерности распределения тока по изделию, конфигурации изделия, наличия зазоров, сочетания деталей в сварном узле. Сила, отклоняющая дугу, прямо 32 Сварочные работы пропорциональна квадрату рабочего тока (т. е. чем больше, тем больше). Магнитное дутье весьма значительно при сварочном токе более 450 А, особенно при питании дуги постоянным током, а при переменном токе оно невелико. В нормальных условиях дуга стремится сохранить направление по оси тока. Это явление практически используется для изменения направления магнитного дутья и для уменьшения вредного его воздействия на процесс сварки, путем наклона электрода в нужную сторону. Магнитное дутье иногда бывает полезным и нужным, например при сварке дугой косвенного действия, когда оно позволяет осуществлять подвод тепла дуги к изделию (рис. 19). Без использования явления магнитного дутья было бы трудно подвести тепло дуги к изделию. Изменением угла а между электродами изменяется и степень воздействия дуги, т. е. давление и касание дуги изделием. равнодействующая Способы уменьшения магнитного дутья Наличие в зоне дуги ферромагнитных масс приводит к искажению симметричности магнитного поля и появляются силы, действующие на дугу. При отклонении электрода от оси свариваемых кро- Глава 1. Основы теории сварки 33 мок плотность магнитного поля изменяется, так как замыкание магнитного потока происходит на ближнюю кромку сварного стыка и от этого появляется составляющая (сила) боковою распора, Рис. 20. Отклонение дуги которая отклоняет дугу (рис. 20). Дуга искажается в сторону большей массы за счет появления отклоняющей силы. При выведении шва на край листа (пластин) дуга резко отклоняется в сторону массы — это называется краевым эффектом. Для обеспечения качества шва в таких случаях пристыковывают выводные технологические пластины. Иногда бывает такое сочетание свариваемых деталей, когда до 50% расплавленного металла электрода с дугой сносит магнитным дутьем в сторону от шва. Уменьшить действие магнитного дутья на дугу можно изменением места подвода тока, наклоном электрода в сторону отклонения дуги, уменьшением длины дуги, времени!,гм размещением ферромагнитных масс в нужном месте (рис. 21), а также использованием переменного тока для сварки. Пунктиром показаны ферромагнитные массы. Рис. 21. Временное размещение ферромагнитных масс (пунктир) с целью создания симметричного магнитного поля 34 Сварочные работы 1.10. Сварочное пламя Сварочное пламя — это горящая смесь газов: кислорода (воздуха) с каким-либо горючим газом (горючими парами). При этом пламя имеет очень высокую температуру. Такое пламя применяется для сварки, резки, пайки, наплавки уже более ста лет. В качестве горючей смеси применяют ацетилен, пропан-бутан и другие горючие газы в смеси с чистым кислородом. Процесс газовой сварки был открыт в 1895 г. французским химиком Анри Луи ле Шателье, который показал, что сгорание равных объемов кислорода и ацетилена образует пламя, имеющее температуру намного выше, чем температура пламени других известных газов. В России способ газовой сварки был продемонстрирован в 1906 г. в Московском высшем техническом училище. Позднее первые газосварочные установки появились на заводах Москвы и Петербурга, а с 1910 г. газосварочные посты работали уже на нескольких уральских заводах. В 20-е годы XX в. газовая сварка стала основным видом сварки. В 1929 г. был создан Комитет по автогенному делу, а в 1944 г. он был преобразован в Институт автогенного машиностроения — ВНИИАвтогенмаш. В настоящее время в связи с развитием других, более производительных и совершенных видов сварки газовая сварка в промышленности применяется в меньших объемах — до 15%), но есть определенные виды работ по сварке, пайке, наплавке, где газокислородое пламя бывает незаменимым или самым удобным и доступным за счет своих достоинств. Например, наплавка латуни на стальную основу (поршни, штоки гидросистем), пайка различных изделий, в том числе и в серийном производстве, в ремонтных работах, а также при сварке деталей малых толщин и габаритов. Ацетиленокислородное пламя имеет большое значение для сварочной техники. Полное сгорание ацетилена происходит по уравнению С2Н2 + 7А = 2СОгТ + н2о. Это уравнение дает лишь состав начальных и конечных продуктов сгорания ацетилена и не отражает сложных промежуточных процессов в пламени. Схематически процесс сгорания ацетилена в смеси с кислородом можно в грубой приближенности разделить на две стадии. Сначала под влиянием нагрева происходит распад ацетилена на элементы по уравнению С2н2 + 02 = 2С + Н2 + 02, а затем начинается первая стадия сгорания ацетилена и процесс окисления углерода по уравнению: 2С + Н2 + 02 = 2СОТ + Н2. 35 Глава 1. Основы теории сварки Во второй стадии СО окисляется в С02, а Н2 в Н20: 2СО + Н2 + У202 = 2СО/Г + НгО. В первой стадии горения кислород называется первичным и в сварочное пламя вводится в технически чистом виде из баллона. Для второй, заключительной стадии горения, кислород, называемый вторичным, в сварочное пламя поступает главным образом из окружающего атмосферного воздуха. Обе стадии горения ацетилена в кислороде экзотермичны. Наивысшая температура развивается в зоне пламени, где происходит первая стадия сгорания ацетилена по реакции СН2 + О, = 2СОТ + Н2Т. В соответствии с уравнением первой стадии горения кислород и ацетилен должны подаваться в горелку в равных объемах, т. е. должно сохраняться объемное соотношение о3;с2н2=1. В действительности, как показывает опыт, для полного окисления углерода в СО в первой стадии горения приходится давать в пламя больше кислорода, и соотношение 0 2 : С 2 Н 2 = 1,1-1,2. Это объясняется тем, что уравнение не отражает полностью процесса, протекающего в первой стадии горения. Раскаленные твердые частицы углерода ярко светятся, поэтому оболочка ядра является самой яркой частью сварочного пламени, несмотря на то, что ее температура относительно невысока и не превышает 1500*С. Ядро называется первой зоной пламени (рис. 22). 1 36 2з Сварочные работы Внешний вид ядра / является индикатором для визуального определения состава газовой смеси и исправности горелки. Зона 2— самая важная часть сварочного пламени, т. е. собственно сварочная зона, так как в ней развивается наивысшая температура. Эта зона называется восстановительной. Факел (хвост) пламени образует зону J, в которой стадия горения протекает Рис. 22. Сварочное пламя: за счет кислорода из атмосферного 1 — ядро пламени; 2 — восстановительная зона; 3 — факел пламени воздуха, равного ~ 1,5 объема. Для полного сгорания одного объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода: 1 объем поступает из кислородного баллона и 1,5 объема — из атмосферного воздуха. Атмосферный воздух вводит в пламя вместе с кислородом и азот, а реакция приближенно протекает по уравнению 2СО + Н2 + 3/202 + 6N2 = 2СОгТ + Н20 + 6N2T. Это более точный состав газов наружной зоны. В этой зоне помимо азота имеется двуокись углерода С0 2 и пары воды, которые при высоких температурах окисляют железо, поэтому факел пламени называется окислительной зоной. При увеличении содержания кислорода или уменьшении содержания ацетилена в смеси форма и строение пламени меняются, особенно заметны изменения ядра пламени. При избытке кислорода ядро бледнеет, приобретая синеватую окраску и заостренную форму. Пламя с избытком кислорода имеет более высокую температуру. С увеличением содержания ацетилена в пламени реакция окисления замедляется, поэтому ядро пламени удлиняется, очертания увеличенного ядра Глава 1. Основы теории сварки 37 становятся размытыми и теряют четкость. При значительном избытке ацетилена пламя становится коптящим, удлиняется и приобретает красноватую окраску. Сварочная зона нормального пламени состоит в основном из смеси СО и Н2, восстанавливает железо из оксидов и мало влияет на содержание углерода в расплавленной стали. Такое пламя называется восстановительным по отношению к оксидам металла и нейтральным по отношению к углероду в металле. Вещество, содержащее элемент, отдающий электроны, называется восстановителем. Окисление состоит в потере электронов окисляющимся веществом, а вещество, в состав которого входит элемент, присоединяющий электроны, называется окислителем. Наивысшая температура ацетиленового пламени сосредоточена на небольшом участке, на расстоянии 2—5 мм от конца ядра и составляет 3100—3200°С. Участок пламени с этой температурой и используется для газовой сварки. Тепловая мощность газового пламени, получаемого от сварочных горелок, условно оценивается расходом горючего газа (л/мин; л/ч). Газовое пламя является рассредоточенным источником теплоты, поэтому нагревает металл плавнее, медленнее, чем сварочная дуга, образуя при этом сравнительно широкую зону термического влияния около шва, ослабляя сварное соединение. 9 Контрольные вопросы к главе 1 • ------------- :-------------------------------------------------------------------------------------- 1. 2. 3. 4. 5. 6. Дайте понятие вида, способа и метода сварки. Назовите виды швов в дуговой сварке. ДЛЯ чего снимают фаски с кромок под сварку? Расскажите о температурных зонах сварочной дуги. В чем причина отклонения дуги под влиянием магнитных полей? В какой зоне наивысшая температура пламени газовой горелки? Глава г. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ 2.1. Сварочная и наплавочная проволока Сварочная и наплавочная проволока является специальной, так как стандартом к ней предусмотрены специальные требования по химическому составу, способу, точности изготовления и упаковки, в отличие от обычной товарной проволоки. Для сварки плавящимися электродами, для наплавочных работ выпускаются: • проволока стальная сварочная — ГОСТ 2246-70; • проволока стальная наплавочная — ГОСТ 10543-82; • проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов - ГОСТ 7871-75; • прутки чугунные для сварки и наплавки — ГОСТ 2671-70; • проволока порошковая сварочная и наплавочная — по техническим условиям. • голая сплошная легированная проволока — по техническим условиям. Стальная и алюминиевая сварочная проволока применяется для изготовления электродов для ручной сварки, а также для полуавтоматической и автоматической сварки в среде защитных газов и под флюсом. ГОСТ 2246-70 содержит 77 марок стальной сварочной проволоки разного химического состава: 6 марок из низколегированной стали (Св-08: Св-08А; Св-08АА: Св-08ГА; Св-ЮГА; Св-10Г2), 30 марок из легированной стали (Св -08ГС; Св-08Г2С: Св-18 ХГС и др.), 41 марку из высоколегированной стали (Св-12Х11НМФ; Св- 10Х17Т: Св-06Х19Н9Т и др.). В проволоке из низкоуглеродной стали содержание углерода допускается не более 0,2%. В легированной стали легирующих элементов содержится от 2,5 до 10%, в высоколегированной — более 10%. Буквы и цифры в написании марок проволоки обозначают: Св — сварочная, цифра после Св — содержание углерода в сотых долях процента, например, 08 означает — 0,08% углерода, А — пониженное, АА — еще более низкое содержание серы и фосфора: буквы — условные обозначения легирующих элементов; цифры после буквенных обозначений — среднее Глава 2. Материалы для сварки 39 содержание легирующих элементов в процентах. Химические элементы в сталях условно обозначаются следующими буквами: алюминий — Ю, азот — А (только в высоколегированных сталях), бор — Р, ванадий — Ф, вольфрам — В, кремний — С, кобальт — К, марганец — Г, медь — Д, молибден — М, никель — Н, ниобий — Б, титан — Т, хром — X, цирконий — Ц. Стальную сварочную проволоку для всех видов сварки плавлением и изготовления электродов выпускают следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 12.0 мм. В ГОСТе указаны все требования к способу изготовления, маркировки проволоки, к точности изготовления, упаковке и поставке. ГОСТ 2246 распространяется на холоднотянутую гладкую проволоку. Проволока поставляется свернутой в мотки с внутренним диаметром от 150 до 750 мм, массой от 1,5 до 40 кг, а также намотанной на катушки или кассеты, иногда с омедненной поверхностью. Каждый моток или бухту проволоки снабжают металлической биркой, на которой указано наименование завода-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер партии, клеймо технического контроля. Каждая партия проволоки сопровождается сертификатом (удостоверением) качества. Проволока с диаметром от 2,0 до 6.0 мм используется в основном для изготовления электродов для ручной сварки; от 0,8 до 5,0 мм — для механизированной и автоматической сварки под флюсом и в защитных газах. Проволока больших диаметров — для наплавочных работ. Сварочная проволока из алюминиевых сплавов выпускается диаметром от 0,8 до 12,0 мм более 10 различных марок. В последние 25 лет на многих передовых предприятиях широко применяются сварка и наплавка порошковой проволокой, применение которой заметно улучшает механические свойства и внешний вид швов, а также уменьшает разбрызгивание; увеличивается глубина проплавления, уменьшаются деформации. Порошковая проволока представляет собой трубку, свернутую из стальной ленты размером 0,2 х 20 мм и заполненную порошком из газообразующих и шлакообразующих компонентов. Сечения трубки делаются при закатке сложными, чтобы придать жесткость проволоке и максимально исключить возможность смятия ее между подающими роликами при прижиме для подачи. Все основные марки порошковых проволок разработаны в Институте 40 Сварочные работы электросварки им. Е.О. Патона в Киеве под руководством И.К. Походни. Он возглавил организацию промышленного производства различных.марок проволоки. Основным изготовителем (и одним из первых) в России является Череповецкий сталепрокатный завод. Это предприятие имеет высокий технический уровень и обеспечивает выпуск порошковой проволоки высокого качества. Она выпускается по техническим условиям. Порошковую проволоку выпускают для сварки открытой дугой (самозащитную) и для сварки в среде защитного газа (С0 2 или смеси инертных газов), а также наплавочную — для получения твердосплавного слоя. Сварку порошковой проволокой применяют в основном для углеродистых и низколегированных сталей со средними и тяжелыми режимами работы конструкций. Порошковая проволока применяется для полуавтоматической сварки, наплавки с использованием стандартных подающих механизмов, но лучше — с двумя парами роликов, во избежание смятия (сплющивания) проволоки по сечению, которое практически прекращает ее подачу. Порошковая проволока выпускается диаметром 2,2; 2,5; 3,2 мм. Стальная наплавочная проволока (сплошного сечения) выпускается диаметром от 0,3 до 8 мм, из углеродистой стали — 9 марок (Нп-25, Нп-40 и др.), из легированной стали-И марок (Нп- 40Г, Нп-50Г, Нп-30 ХГСА и др.), из высоколегированной стали — 11 марок (Нп-20Х14, Нп-30Х13, Нп-30Х10Г10Т и др.). Проволока используется для наплавки под флюсом, в защитных газах, для электрошлаковой наплавки и изготовления покрытых электродов для ручной наплавки. Марку проволоки выбирают в зависимости от назначения и требуемой твердости наплавленного металла. Твердые сплавы отличаются высокой твердостью. Они сохраняют свою рабочую твердость при нагревании до высоких температур. Некоторые твердые сплавы не поддаются отпуску и не могут быть смягчены термической обработкой, поэтому механическая обработка таких твердых сплавов возможна лишь на наждачном камне. Твердые сплавы при высокой твердости, естественно, обладают малой пластичностью и отличаются хрупкостью, поэтому плохо сопротивляются ударным нагрузкам. Хрупкость твердых сплавов сохраняется и при высоких температурах, им свойственно образование мелких (волосных) трещин по наплавке. Твердые сплавы можно разделить на две группы: 1) литые сплавы, или стеллиты; 2) порошкообразные, или зер- нообразные продукты. Глава 2. Материалы для сварки 41 Основой всех твердых сплавов являются прочные карбиды металлов, не разлагающиеся и не растворяющиеся при высоких температурах. Особенно важны для твердых сплавов карбиды вольфрама, титана, хрома, частично марганца. Карбиды металлов слишком хрупки и часто тугоплавки, поэтому для образования твердого сплава зерна карбидов связываются подходящим металлом. В качестве связки используются железо, никель, кобальт. 2.2. Электроды Сварочный электрод — это электропроводный стержень с нанесенной на него специальной обмазкой (покрытием), либо без покрытия. Применяемые электроды в промышленности бывают плавящимися и неплавящимися. Они могут быть металлическими или угольными, в форме стержня или пластины (ленты). Электрод находится в сварочной цепи в последовательном соединении, подводит ток к дуге, поддерживает горение дуги и расплавляет свариваемые кромки. На начальном этапе применения сварки в промышленности широко использовались электроды с тонкой стабилизирующей обмазкой, которая обеспечивала устойчивое горение дуги. Обычно в качестве обмазки использовался размолотый мел, замешанный на водном пастообразном растворе жидкого (растворимого) стекла, т. е. силиката натрия, обладающего клеящими свойствами. Силикат натрия (конторский клей) выполняет роль связующего и стабилизирующего компонента. Электродные стержни погружают в пасту, затем медленно вытаскивают и устанавливают, например, на доску в вертикальном положении для подсушки. Жидкое стекло — это силикат, т. е. соль кремниевой кислоты щелочных металлов, является почти единственным применяемым веществом для всех типов электродных обмазок. Качество жидкого стекла определяется его модулем, который равен молекулярному отношению содержащейся в нем двуокиси кремния и щелочи: ш = SiO^/NaÔ. От модуля жидкого стекла зависит клеящая способность стекла, возрастающая с увеличением модуля. Для электродных смазок применяется жидкое натриевое стекло с модулем от 2,2 до 3,0. В целях проверки пригодности и приемлемости различных материалов для электродных покрытий в ИЭС им. Патона К.К. Хреновым были выполнены (до 1940 г.) важные опытные работы. Он опытным путем 42 Сварочные работы установил влияние различных соединений калия и натрия на устойчивость горения дуги. Во всех случаях соединения калия (потенциал ионизации 4,3 эВ) дает устойчивость дуги более высокую, т. е. длину дуги после естественного разрыва при неподвижных электродах, чем аналогичные соединения натрия (потенциал ионизации 5*1 эВ). Этими опытами были выявлены элементы и соединения, резко понижающие устойчивость горения дуги. Глава 2. Материалы для сварки 48 К гасителям дуги относится вода, поэтому сырые электроды плохо пригодны для сварки. Не рекомендуются также для обмазок вещества, содержащие кристаллическую воду или сильно гигроскопичные. Гасят дугу хлор и фтор и их соединения. Мел ионизирует дугу до длины 9 мм и, как более доступный и менее вредный для здоровья рабочего, прежде широко применялся для обмазки. Но при меловой обмазке процесс сварки проходит без защиты от воздействия атмосферного воздуха, поэтому механические свойства шва невысокие. Меловые электроды относились к типу Э-34, т. е. временное сопротивление на разрыв 34 кгс/мм2. Угол загиба металла шва был небольшой — 50*, а шов имел содержание азота в 50 раз больше, чем основной металл. Увеличивалось в 5—10 раз и содержание кислорода в шве, уменьшалось содержание углерода в 4 раза. Электроды для сварки с меловой обмазкой (меловые) применялись для сварки неответственных конструкций. С 1935 г. началось промышленное применение электродов с так называемой качественной обмазкой, или, как их тогда называли — качественных электродов, так как они имели сложную по составу обмазку и резко улучшали качество сварки. В настоящее время термин «качественные электроды* утратил смысл, так как электроды с меловой обмазкой давно не производятся. Общее назначение электродных покрытий — это обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение сварного шва высокого качества. Изобретение качественных электродных обмазок и их промышленное освоение является крупнейшим достижением сварочной техники мирового масштаба. Покрытие (обмазка) электродов состоит из нескольких, разных по назначению, компонентов (материалов) и наносится на металлический стержень толщиной от 1 до 3 мм, вес обмазки не менее 15—20% от веса электродного стержня. Покрытие — это смесь порошкообразных материалов на клеящем растворе. Сварка покрытыми электродами улучшает химический состав и механические свойства шва, поскольку при расплавлении они создают шлаковую и газовую защиту сварочной ванны от вредного влияния кислорода и азота атмосферного воздуха, а также обеспечивают устойчивость горения дуги, очищают металл шва от вредных примесей и легируют его для улучшения свойств. Сварка покрытыми электродами называется ручной потому; что две обязательные операции процесса, т. е. подача электрода в зону дуги и перемещение дуги по изделию с целью образования шва, сварщик 44 Сварочные работы выполняет вручную. Ручной сваркой покрытыми электродами можно выполнять швы в любом пространственном положении и в труднодоступных местах. При ручной дуговой сварке электродом является стержень круглого сечения различной длины и диаметра. При механизированной дуговой сварке в качестве электрода применяют сварочную проволоку сплошного сечения и порошковую — с закатанным внутрь стержня порошком. Защита расплавленного металла от кислорода и азота воздуха при сварке достигается газами и шлаками, которые образуются из покрытия в зоне дуги. Для устойчивого горения дуги, для образования газовой защиты в покрытия вводят целлюлозу и другие органические вещества, обладающие малой величиной потенциала ионизации, главным образом соли щелочноземельных металлов: рутил (ТЮ2), полевой шпат, содержащий некоторое количество солей щелочных металлов, калиевое и натриевое жидкое стекло. Для металлургической обработки сварочной ванны в качестве легирующих компонентов в состав электродных покрытий вводят ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и другие ферросплавы. Электроды должны удовлетворять следующим технологическим требованиям: • легкое зажигание и устойчивое горение сварочной дуги; • равномерное расплавление покрытия; • отсутствие трещин в металле шва; • равномерное покрытие шва шлаком и легкое его удаление. Стандартом установлены требования к прочности покрытия и равномерности его нанесения, т. е. ограничения по его разнотол- щинности, а также методы испытания сварных соединений и швов. Требуемые свойства шва обеспечиваются следующими действиями покрытий. • Газовая защита зоны сварки и расплавленного металла от кислорода и азота атмосферного воздуха. К газообразующим компонентам обмазок относятся древесная зола, крахмал, пищевая мука, хлопчатобумажная пряжа, декстрин, целлюлоза. • Раскисление металла сварочной ванны, т. е. связывание кислорода, находящегося в шлаках. Раскислителями служат в основном металлы, обладающие большим сродством с кислородом, чем железо: марганец, титан, молибден, хром. Эти металлы вводятся в обмазку в виде ферросплавов. Раскисли- телем служит также ферросилиций и алюминий. • Шлаковая защита от воздействия кислорода и азота воздуха. Шлак создает оболочку вокруг жидкого металла, переходящего с электрода в Глава 2. Материалы для сварки 45 сварочную ванну. Шлаковое покрытие уменьшает скорость охлаждения и затвердевания металла шва, способствуя выходу из него газов и неметаллических включений за счет замедленного остывания ванны. Шлакообразующими компонентами обмазок являются титановый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок и др. • Легирование металла шва для улучшения механических, физических и химических свойств, т. е. введение в него таких элементов, как хром, марганец, кремний, молибден, титан, ниобий и др. Легирование металла шва иногда производится с применением специальной проволоки, содержащей нужные элементы. Шире применяют легирование металла шва введением элементов в обмазку. Легирующие компоненты — ферросплавы, иногда — чистые металлы. Для повышения производительности сварки в электродные покрытия иногда вводят железный порошок. Он улучшает технологические свойства электродов, облегчает повторное зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла. Электродные покрытия различаются по характеру шлака. По химическому составу шлаки, полученные при расплавлении электродных обмазок, могут быть разделены на кислые и основные. Для обмазок применяется оба типа. Преобладание кислотных или основных оксидов делает шлак соответственно кислым или основным. 41 Сварочные работы Кислые шлаки могут уменьшать содержание кислорода в наплавленном металле — происходит непрерывный переход закиси железа FeO из металла в шлак, т. е. процесс раскисления металла кислым шлаком. Обмазки, дающие шлаки сильно основного характера, с большим содержанием окиси кальция СаО, обеспечивают получение наплавленного металла особенно высокого качества. Шлаки основного характера не производят раскисление металла, и для уменьшения содержания кислорода в ванне обмазка содержит сильные раскислители (кремний, титан) в форме ферросплавов. Важны и физические свойства шлака. Температура плавления шлака должна находиться в пределах 1100— 1200*С, шлак должен обладать малой вязкостью, большой подвижностью и жидкотеку- честъю для правильного формирования сварного шва. Шлаки не имеют строго определенной температуры плавления. Например, обмазка электродов УОНИИ13 дает шлак основного характера и состоит из следующих компонентов: мрамор СаСО, — 53%, плавиковый шпат CaF2 — 18, кварц Si02 — 9, ферромарганец — 2, ферросилиций — 3, ферротитан — 15%. Жидкое стекло (водный раствор плотностью 1,4) — 30 частей на 100 частей сухой смеси (по весу). Электроды УОНИИ13 имеют малую склонность к образованию трещин в наплавленном металле и в ЗТВ (зоне термического влияния). Образование трещин в металле связывается с влиянием водорода. Водород в атомарной форме диффундирует в металл и восстанавливает имеющуюся там закись железа с образованием паров воды. Пары воды, имеющей молекулу значительных размеров, не могут диффундировать сквозь металл и накапливаются в значительных размерах, развивают огромное давление и разрывают металл, образуя трещины. Источником водорода могут быть крахмал, влага и др. Электроды УОНИИ13 не содержат органических веществ и при сухой обмазке обеспечивают минимум водорода в шве, трещины не образуются. Роль различных компонентов обмазки УОНИИ13 следующая. Основная составная часть — мрамор, представляющий собой углекислый кальций, при нагревании разлагается, образуя сильно основную окись кальция и газообразную двуокись углерода С02, создающую защитную оболочку вокруг дуги. Двуокись углерода, заполняя зону сварки, вытесняет из нее водород и частично окисляет его в водяной пар. Окислительное действие двуокиси углерода компенсируется наличием сильных раскислителсй в сварочной ванне. Как С02, так и СО нерастворим в расплавленном металле. Плавиковый шпат, представляющий собой почти чистый фтористый кальций, вводится в обмазку для понижения температуры плавления и уменьшения вязкости шлака. При разложении плавикового шпата образуется Глава 2. Материалы для сварки 47 HF, нерастворимый в металле. Все указанные факторы сводят к минимуму содержание водорода в металле, что уменьшает образование пор и трещин. Электроды подобного типа иногда называют низководородными. Кварц вводится для разжижения шлака и для уменьшения выгорания кремния в металле. Ферромарганец и ферросилиций вводятся в обмазку для легирования металла шва, ферротитан действует как раскислитель и модификатор, улучшающий структуру шва. Электроды УОНИИ13 (всех четырех модификаций) разработаны в ИЭС им. Патона под руководством инженера К.В. Петраня до 1940 г. Электроды подразделяются на типы и марки. Тип электрода характеризует механические свойства или химический состав металла шва. Марка (промышленная марка) содержит название электрода, используемое в промышленном обиходе, и не содержит технической информации об электродах, но названием, как правило, зашифрована организация-разработчик. К каждому типу электродов относится несколько различных промышленных марок. 2.3. Характеристики электродов На все разновидности сварочных электродов, имеющих применение в промышленности, действуют государственные стандарты, в которых изложены общие и специальные технические требования. Электроды для дуговой сварки сталей и наплавки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9466-75, который содержит классификацию, размеры и общие технические требования. По назначению электроды делятся по ГОСТ 9467-75 на следующие группы: 1. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа — девять типов (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60), обозначаются общим индексом У; 2. Для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа — пять типов (Э70, Э85, ЭКЮ, Э125, Э150), индекс Л; 3. Для сварки легированных теплоустойчивых сталей — девять типов, индекс Т; 4. Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — 49 48 Сварочные работы типов (ГОСТ 10052-75), индекс В; 5. Для наплавки поверхностей слоев с особыми свойствами — 44 типа (ГОСТ 10051-75), индекс Н. Цифры в обозначении типов электродов для сварки конструкционных сталей показывают минимальный предел прочности металла шва. По составу покрытия электроды подразделяются на: имеющие кислое покрытие, обозначается буквой А; основное покрытие — Б; целлюлозное — Ц; рутиловое — Р; смешанного типа — соответствующее двойное обозначение: прочие виды покрытий — П. Если покрытие содержит железный порошок в количестве более 20%, то к обозначению вида покрытия добавляется буква Ж. К и с л ы е п о к р ы т и я А состоят в основном из оксидов железа и марганца (обычно в виде руды), кремнезема, ферромарганца. Электроды с кислым покрытием технологичны, однако наличие оксидов марганца делает их токсичными. Р у т и л о в ы е п о к р ы т и я Р(электродыМР-3,АНО-4,ОЗС-6 и др.) имеют в своем составе преобладающее количество рутила ТЮГ Рутиловые покрытия технологичны, менее вредны для дыхательных органов сварщика, чем другие. Ц е л л ю л о з н ы е п о к р ы т и я Ц состоят из целлюлозы, органической смолы, ферросплавов, талька и др. Эти покрытия удобны для сварки в любом пространственном положении шва, но дают наплавленный металл пониженной пластичности. О с н о в н ы е п о к р ы т и я Б (электроды УОНИИ13 и др.) не содержат оксидов железа и марганца. Например, покрытие марки УОНИИ 13/45 состоит из мрамора, плавикового шпата, кварцевого песка, ферросилиция, ферромарганца, ферротитана — в порошковом состоянии и замешанного на жидком стекле./Металл шва, выполненный электродами с основным покрытием, обладает повышенной пластичностью. Этими электродами сваривают ответственные конструкции.'. По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода (D) к диаметру стального стержня (d) различают электроды: • с тонким покрытием (D/d < 1,2) — буква М: • со средним покрытием (1,2 < D/d ^ 1,45) — буква С; • с толстым покрытием (1,45 < D/d < 1,8) — буква Д; • с особо толстым покрытием (D/d > 1,8) — буква Г. По качеству, т. е. по точности изготовления, состоянию поверхности покрытия, качеству металла шва, электроды делят на группы: 1, 2, 3. Чем Глава 2. Материалы для сварки 49 больше цифра, тем выше качество. По пригодности пространственных положений шва для сварки, наплавки электроды делят на следующие группы: • для всех пространственных положений шва; • для всех положений, кроме вертикального сверху вниз; • для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх; • для нижнего и нижнего «в лодочку». По роду полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника сварочной дуги переменного тока электроды обозначают с номера 0 до 9. На чертежах и технологических картах обозначение электродов состоит из указания типа, марки, диаметра, группы. Обозначения на этикетках электродной тары более сложные. Например, электроды типа Э46А по ГОСТ 9467-75 марки УОНИИ 13/45 диаметром 3 мм для сварки углеродистых и низколегированных сталей У с толстым покрытием Д, 2-й группы, с установленной по этому ГОСТ группой индексов 43 2(5), указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, с основным покрытием Б для сварки во всех пространственных положениях 1, на постоянном токе обратной полярности 0 обозначается: Э46А-УОНИИ 13/45-3,0 - УД2 Е-43-2(5)-Б10 Эти же электроды в технической документации обозначаются УОНИИ 13/45-3,0-2 ГОСТ 9466-75. Группа индексов в структуре условного обозначения электродов для сварки легированных конструкционных сталей с прочностью > 600 МПа (60 кг/мм) содержит данные о среднем содержании основных химических элементов в наплавленном металле, также минимальную температуру, при которой металл шва и наплавленный металл после термической обработки, при испытании образцов, составляют не менее 3,5 * 105 Дж/м2. Например, электроды типа Э85 (ЦНИИТМАШ, легированные, номер 18) диаметром 3,0 мм для сварки легированной стали Л с пределом прочности более 600 МПа (60 кг/мм2) с толстым покрытием Д, 2-й группы, с установлением по ГОСТ 9467-75 группой индексов, указывающих на получение наплавленного металла и металла шва со средним содержанием 0,18% углерода, 1% хрома, 1% марганца, с нормальной вязкостью (2), электроды имеют основное покрытие Б, для сварки во всех пространственных положениях шва 1, на постоянном токе обратной полярности 0, обозначаются 50 Сварочные работы на этикетках тары (ящиках, коробках, пачках) Э85-ЦЛ18-ЗДИД2 Е-18Х1Г1-2-Б10 по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75. В техдокументации эти электроды обозначаются: ЦЛ 18-3,0-2 ГОСТ 9466-75. Для сварочных и наплавочных работ также применяются не- плавяшиеся электроды — это электродные стержни из вольфрама с присадками оксидов тория, лантана — для повышения электропроводности дугового промежутка, из электротехнического угля или прессованного графита. Вольфрам — тугоплавкий металл (температура плавления 3400°С), имеет достаточно высокую электропроводность и теплопроводность. При сварке вольфрамовым электродом на постоянном токе применяют прямую полярность. Это обусловлено и балансом тепла на электродах и износостойкостью электрода от действия дуги. Для электродов применяются стержни следующих марок: ЭВЧ — электрод вольфрамовый чистый; ЭВЛ-10; ЭВЛ-20 — электродный вольфрам с присадкой 1-2% оксида лантана; ЭВТ- 15 — электродный вольфрам с оксидом тория; ЭВИ-30 — электродный вольфрам с 1,5—2,0% иттрия. Чаще применяют электроды Э ВТ-15. Лантан и все остальные оксидные присадки, в силу своего расположения в таблице химических элементов Д.И.Менделеева, имеют определенную радиоактивность, об этом нужно это помнить и соблюдать правила обращения с электродами, указанные в сопроводительной документации. Присадки к вольфраму способствуют устойчивому горению дуги, а также позволяют увеличить плотность тока на электроде. Для уменьшения окисления вольфрамового электрода и зашиты сварочной ванны сварка производится в инертном газе. Диаметры вольфрамовых электродов от 1,0 до 8,0 мм рассчитаны на разную силу сварочного тока. Расход вольфрамовых электродов очень мал и составляет 0,5 г на метр шва при токе 300, при прямой полярности — «минус» на электроде. 2.4. Литые твердые сплавы Их делят на настоящие стеллиты и сплавы-заменители. Настоящие стеллиты представляют собой, главным образом, карбиды вольфрама и хрома, сцементированные кобальтом и железом. Из-за высокого содержания Глава 2. Материалы для сварки 51 вольфрама и кобальта литые твердые сплавы достаточно дорогие. Литые сплавы-заменители являются более дешевыми и в большинстве случаев работают вполне хорошо» поэтому, как не содержащие вольфрама и кобальта, они широко применяются в промышленности. Примером такого сплава является изобретенный в 1929 г. отечественный сплав сормайт, название которого происходит от названия Сормовского завода, где впервые было освоено производство этого сплава. Сормайт представляет собой железо-хромистый сплав с небольшой добавкой никеля и не содержит вольфрама и кобальта. Твердость сормайту придает карбид хрома — химическое соединение хрома с углеродом. В основу настоящих стеллитов входят (в %): ванадий — до 5, хром — от 28—32, кобальт — 58 —62, углерод — 1—1,5, никель — 2, и железо — до 2. Сплав-заменитель сормайт содержит в своей основе (в %): хром — 15—30; углерод — 2,5—3,5; никель — 3—5; марганец — 1,5; кремний — 1,5— 4 и остальное — железо. Твердость наплавленного слоя HRc — 70—80 единиц. Эти сплавы находят применение главным образом для наплавки рабочих поверхностей, подвергающихся значительному износу, например, штампов, матриц и пуансонов, калибров, шаблонов, деталей машин и механизмов, работающих на трение. Наплавленный слой обладает высокой износостойкостью до температур 600—700*С и поддается термообработке. 2.5. Порошкообразные (зернообразные) твердые сплавы Порошковая смесь (шихта) это еше не твердый сплав, а промежуточный продукт. В твердый сплав смесь превращается лишь в процессе наплавки на деталь с получением однородного металла с заданными свойствами по твердости, износостойкости и другим спецпоказателям. Порошковые смеси являются наиболее дешевыми в изготовлении, поэтому чаше применяются в промышленности. По внешнему виду смесь представляет собой зернистый порошок (или Глава 2. Материалы для сварки S3 крупку) черного цвета. Различают два вида порошковых смесей для наплавки: вольфрамовые и безвольфрамовые. Вольфрамовая смесь состоит из смеси технического вольфрама с науглероживающими материалами. Отличительным признаком вольфрамовых продуктов является их высокий удельный вес. Порошкообразные твердые сплавы, не содержащие вольфрама, более дешевые, например, сталинит. Наплавочный металл таких смесей обладает высокими механическими показателями, и зачастую удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к детали. Достоинство бсзвольфрамовых порошковых смесей — относительно низкая температура плавления — 1350°С, по сравнению с вольфрамовыми — 2700°С. Это облегчает наплавку и повышает производительность. Основой бсзвольфрамовых твердосплавных порошков (сталинита) является смесь дешевых порошкообразных ферросплавов — феррохрома и ферромарганца. Твердость наплавки — от 53 до 57 HRc. В последние годы кроме сталинита выпускается много марок порошковых безвольфрамовых смесей с добавками бора и других элементов, но в основе своей они содержат хром и другие легирующие элементы. Например, боридная смесь содержит хрома — 35%, бора — 7,6% при содержании углерода всего 12%, остальное — железо. Промышленностью выпускается также спеченная из порошков порошковая лента для твердосплавной наплавки. Она оформлена в виде рулона. Наплавка лентой позволяет выполнять широкий слой за один проход. 2.6. Сварочные флюсы Назначение сварочных флюсов следующее: защищать расплавленный металл ванны от вредного воздействия воздуха, уменьшать скорость охлаждения сформировавшегося шва, обеспечивать нужное качество металла шва за счет легирования, улучшать формирование шва, восстанавливать окислы, разжижать и понижать температуру шлаков, стабилизировать горение дуги, улучшать расте- каемость металла и выполнять металлургические функции по получению шва нужного химического состава. Флюс — это неметаллический материал, который вводится в зону сварки, наплавки, пайки. Для дуговой сварки и наплавки флюс обычно зернистый, порошкообразный. Такой же флюс и для электрошлаковой сварки, но с дополнительными спецсвойствами по электропроводности и т. д. Глава 2. Материалы для сварки 53 Для газовой сварки и пайки в качестве флюсов применяют пасты, порошки и газ. Флюс получают сплавлением составляющих его компонентов и последующим дроблением (плавленые флюсы) или механическим связыванием (склеиванием) порошкообразных компонентов с последующим измельчением (неплавленые флюсы). По назначению флюсы разделяют на три группы: для сварки углеродистых и легированных сталей; для сварки высоколегированных сталей; для сварки цветных металлов и их сплавов. Некоторые марки флюсов, предназначенные для сварки металлов одной из этих групп, можно применять для сварки металлов и другой фуппы. В зависимости от их химического состава различают флюсы высококремнистые (более 35% кремнезема), низкокремнистые (до 35% кремнезема), безмарганцевые (менее 1% марганца), марганцевые (более 1% марганца). Изготовляют также легированные флюсы, содержащие чистые легирующие металлы или ферросплавы. Флюсы для автоматической сварки выпускаются по ГОСТ 9087-81. Флюс с размером зерен от 0,25 до 1,6 мм предназначен для сварки проволокой диаметром до 3,0 мм: с размерами зерен от 0,35 до 3 мм — для сварки проволокой диаметром более 3,0 мм. Плавленые флюсы изготовляются двух видов: стекловидные (зерна прозрачные, от светло-желтого до бурого и коричневого цвета) и пемзовидные (пористые зерна светлой окраски). Объемная масса стекловидных флюсов — от 1,3 до 1,8 кг/дм3, пемзовидных — не более 1 кг/дм3. Наиболее распространены стекловидные флюсы. К неплавленым флюсам относятся керамические, которые используются главным образом как легирующие: они малочувствительны к ржавчине, окалине и влаге на кромках свариваемых швов; добавление керамических флюсов к стекловидным позволяет получать швы высокого качества даже при плохой очистке кромок. Назначение флюса: • зашита расплавленного металла и зоны дуги от действия кислорода и азота воздуха; • стабилизация горения сварочной дуги; • легирование металла шва; • раскисление расплавленного металла; • формирование шва; • уменьшение потерь тепла; • уменьшение потерь электродного металла на угар и разбрызгивание. Флюсы должны обеспечивать легкую отделяемость шлака и минимальное количество вредных газов и пыли, выделяющихся при сварке. 54 Сварочные работы По сложившейся традиции, марки флюсов обычно указывают наименование разработчика и порядковый номер флюса. Так, флюсы, разработанные ИЭС им. Е. О. Патона, имеют сериал, обозначенный буквенными индексами «АН» (АН-348-А; АН-20; АН- 22 и т. д.), что обозначает — «Академия наук» (в составе которой находится ИЭС им. Патона). Флюсы, предложенные НПО ЦНИ- ИТМА1П, имеют сериал «ФЦ» — флюсы ЦНИИТМАШ, и т. д. Были попытки ввести индексы, в какой-то степени характеризующие состав флюсов, например, ОФ6 и ОФЮ (основной флюс), КФ16 (кислый флюс), НФ17 (нейтральный флюс). Однако эта практика до сих пор не получила широкого распространения среди разработчиков флюсов. Преимущество плавленых флюсов перед керамическими — это более высокие технологические свойства (защита, формирование, отделяемость шлаковой корки и др.) и меньшая стоимость. Преимуществом керамических флюсов является возможность в более широких пределах легировать металл шва через флюс. В настоящее время промышленность применяет преимущественно плавленые флюсы. Высококремнистыми и марганцовистыми флюсами являются флюсы ОСЦ-45 и АН-348А, АН-348Ш, шихта которых состоит из марганцевой руды (МпО), кварцевого песка (Si02) и плавикового шпата (фтористого кальция CaF2). Буква А в конце марки флюса обозначает, что грануляция крупная (для автоматической сварки), а буква Ш — мелкая грануляция, т. е. для использования при полуавтоматической сварке шланговыми полуавтоматами (они применялись на заводах до 70-х годов). Для автоматической наплавки под флюсом служат те же флюсы, что и для сварки. Наиболее распространены плавленые флюсы АН-348А; ОСЦ-45; ЛН-20; АН-60; 48-ОФ-6; АН-26; АН-15М; АН-8; АН-25; АН-22; АНФ-6 в сочетании с легированными проволоками. Флюсы для газовой сварки, пайки и наплавки приведены в разделе «Газовая сварка». 2.7. Газы для защиты сварочной ванны Зашита плавящегося металла и расплавленной сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха при дуговой сварке является одной из главных задач для обеспечения определенного качества шва. Защита создается истекающей из сопла горелки направленной струей защитного газа. В качестве защитных сред (газов) широко применяют Глава 2. Материалы для сварки 55 инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый газ и азот) газы, а также их смеси — аргон с углекислым газом. Идея защиты переплавляемого дугой металла от воздействия воздуха путем подачи в зону сварки специально подобранного газа принадлежит русскому изобретателю Н.Н. Бенардосу, предложившему еще в 1883 г. сварку в струе газа. Инертными называются газы, которые химически не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. В качестве инертных газов используют аргон, гелий и их смеси, азот — для меди. Чаше инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, медь и др.), а также когда нужно получить швы высокого качества изделий из хромоникелевых сталей. Аргон — при обычных условиях бесцветный, неядовитый, невзрывоопасный, без запаха и вкуса газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому опасен удушьем в закрытом пространстве. В природе аргон присутствует только в свободном виде. Объемная концентрация аргона в воздухе 0,93%. С большинством элементов аргон не образует химических соединений. В металлах, как в жидком, так и в твердом состоянии аргон нерастворим. Основным промышленным способом получения аргона является метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением основных продуктов — кислорода и азота с попутным извлечением аргона. Первые удачные опыты применения инертного газа — аргона для дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом были проведены в США в 1939 г., а в начале 40-х годов этот метод нашел широкое применение в авиационной промышленности Америки. Сварка в аргоне потребовала создать мощное производство этого газа. В нашей стране в 1957 г. были пушены установки для производства аргона, и с этого периода начала внедряться в производство сварка с его применением. Промышленность выпускает аргон трех сортов по ГОСТу 10157-79: высший — 99,993%, первый — 99,987%, второй — 99,95% и поставляет в газообразном или жидком состоянии. Газообразный аргон хранят и транспортируют в стальных 40-литровых баллонах под давлением 150 кг/см2 (15 МПа). Объем газообразного аргона можно приближенно определять как произведение вместимости баллона на давление газа в баллоне. Баллон для аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета. Иногда используют жидкий аргон, который подвергают газификации. Жидкий аргон — бесцветная жидкость, без запаха, с температурой кипения при атмосферном давлении —185,7“С и плотностью 1392 кг/м3, хранится в сосудах Дьюара. Газообразный аргон в 1,4 раза тяжелее воздуха, поэтому его струя надежно и длительно удерживается в зоне сварки и хорошо защищает сварочную ванну. 56 Сварочные работы Плотность газообразного аргона — 1,662 кг/м3 при нормальных условиях. Расход аргона при сварке зависит от диаметра электрода и обычно составляет от 100 до 500 л/ч. Подробнее процессы сварки в аргоне описаны в разделе «Сварка в защитных газах». Гелий для сварки применяют редко и обычно как добавку к аргону, в связи с его дефицитностью и высокой стоимостью. Гелий относится к инертным газам, без цвета и запаха, плотностью 0,18 кг/м3, т. е. в 10 раз легче аргона. Гелий сжижается труднее всех известных газов (при -268,93*С). На земле гелия мало, в небольшом количестве содержится в воздухе и в земной коре, где он постоянно образуется при распаде урана и других а-радиоактивных элементов (а-частицы — это ядра атомов гелия). Объемное содержание гелия в воздухе — 0,00052%. Газ неядовит, хорошо диффундирует через твердые тела (гелиевые течеискатели используются при проверке плотности швов), значительно легче воздуха и аргона. Не образует химических соединений с большинством элементов. Гелий получают из природных газов, естественно образующихся при распаде горных пород, содержащих уран. В малом количестве гелий можно получить в качестве побочного продукта при разложении воздуха на кислород и азот. Гелий для сварки поставляется промышленностью по ТУ 51-689-75 трех сортов: марки А, Б и В. Условия поставки регламентируются ГОСТ 20461-75. Чаще транспортируют и хранят гелий в газообразном состоянии в стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см2). 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 повышение проплавления (благодаря высокому значению потенциала ионизации) гелий применяют иногда в тех случаях, когда требуется получить большую глубину проплавления или специальную форму шва. Баллоны для гелия окрашены в коричневый цвет, имеют белую надпись «Гелий*. Расход гелия на 1 м шва на 50% больше, чем аргона, при сварочном токе 300 А он составляет примерно от 200 до 900 л/ч, так как он в 10 раз легче аргона и быстро улетучивается из зоны сварки в атмосферу, поэтому для поддержания надежной защиты сварочной ванны необходимо увеличивать подачу (расход) гелия. Азот — по отношению к меди и ее сплавам является инертным газом и применяется для сварки и наплавки, а также для плазменной резки. Например, вибродуговая наплавка бронзовой проволокой КМЦ-3-1 на стальную поверхность поршней и штоков выполняется в защитной среде Глава 2. Материалы для сварки 57 азота. Он поставляется в газообразном состоянии по ГОСТ 9293-74 «Азот газообразный и жидкий» четырех сортов (состав в %:) высший — 99,9; первый — 99,5; второй — 99,0 и третий — 97; остальное — примеси. Азот — бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичен и не взрывоопасен. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09%. Азот немного легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м3 при нулевой температуре и атмосферном давлении. Температура кипения -195,8*С. Критическая температура — 147*С и критическое давление — 3,39 МПа (33,9 кг/см2). По отношению к стали и другим металлам азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне сварки стремятся ограничить. Азот поставляется в газообразном состоянии в стальных 40-литровых баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см2). Активные газы. В качестве активных защитных газов при сварке используют углекислый газ и смеси его с аргоном. В конце 50-х годов внедряется сварка плавящимся электродом в активном окислительном углекислом газе. Активным газ называется потому, что вступает в химические реакции (взаимодействия) с расплавленным металлом ванны и растворяется в нем. Окисление металла шва нейтрализуется раскис- лителями, содержащимися в проволоке. Углекислый газ, или двуокись углерода, высший оксид углерода может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состоянии. Основные свойства углекислого газа: • газ бесцветен и неядовит; • плотность при атмосферном давлении и 20*С — 1,98 кг/м3; • температура сжижения при атмосферном давлении -78,5*С; • выход газа из 1 кг жидкой углекислоты (при 0вС и 1 атм.) — 509 л. Углекислый газ имеет слабый кисловатый запах и вкус, хорошо растворяется в воде и придает ей кислый вкус, тяжелее воздуха в 1,6 раза. В воздухе содержится 0,03% С02. Двуокись углерода определяют и продают по массе. Она хорошо растворяет машинное масло. Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостатке теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается. В состав двуокиси углерода по ГОСТ 8050-85 входит еще водяной пар в количестве 0,037 г/см3 (высший сорт) и 0,184 г/см3 (1 сорт), т. е. в 5 раз больше, чем в высшем, и об этом нужно помнить при сварке швов высокого качества. 58 Сварочные работы Для уменьшения влаги применяют силикагелевые осушители. Силикагель — гигроскопическое вещество, представляющее собой специально обработанную окись кремния (кварцевый песок). Углекислый газ получают в промышленности несколькими способами. Наиболее распространенные пути его получения: • из газов при брожении спирта, пива, расщеплении жиров как побочный продукт, почти чистый; • из отходящих газов химических производств — синтетического аммиака и метанола, где отходящие газы содержат примерно 90% С02; • из дымовых газов промышленных котельных, сжигающих уголь, природный газ и другое топливо. Дымовой газ содержит от 12 до 20% С02. Двуокись углерода нетоксична, но при содержании ее более 5% (92 г/м3) отрицательно влияет на здоровье человека. Транспортируется и хранится углекислота в стальных 40-литровых баллонах под давлением от 60 до 70 кг/см2 газообразной фракции. В стандартный (40 л) баллон вмещается 25 кг жидкой углекислоты, занимающей неполный объем (до 80%) баллона, остальной объем занят испарившимся газом. Объем газа в баллоне составляет около 13 м 3 газообразного С02. Цвет баллона черный, надпись желтого цвета. Смеси газов нередко применяются в производстве для получения швов повышенного качества. В ряде случаев они обладают лучшими технологическими свойствами, чем остальные газы. Смесь С0 2 + 02 (2—5%) обеспечивает мелкокапельный перенос металла и уменьшает разбрызгивание на 30%, улучшает формирование шва. Смесь из 70% гелия + 30% аргона повышает производительность сварки алюминия, увеличивает глубину проплавления, улучшает формирование шва. Смесь газов аргона (88%) + С02 (12%) повышает стабильность дуги при сварке стали, заметно уменьшает и измельчает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва за счет существенного снижения поверхностного натяжения жидкого металла из электродной проволоки. Благодаря добавке окислительного газа улучшаются форма и глубина провара, меньше брызг. При увеличении С02 до 25—30% стабильность процесса заметно снижается, а при содержании С02 до 40—50% сварка в смеси с аргоном практически мало отличается по электрофизическим характеристикам от сварки в чистом С02. Достоинства сварки в защитных газах: визуальный контроль процесса, широкий диапазон рабочих режимов сварки, сварка широкой номенклатуры металлов, в том числе цветных и их сплавов, доступность механизации процесса, улучшение гигиенических условий труда сварщиков. Сварка может Глава 2. Материалы для сварки 59 вестись с дополнительной подачей присадочной проволоки в зону дуги при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом. При сварке плавящимся электродом дуга горит между электродной проволокой, непрерывно подаваемой в дугу, и изделием. Дуга расплавляет проволоку и кромки изделия, образуя общую сварочную ванну. По мере перемещения дуги сварочная ванна затвердевает, образуя шов, соединяющий кромки изделия. 2.8. Изготовление электродов По составу применяемого оборудования, технологическим тонкостям и санитарным условиям изготовление электродов следует относить к сложному технологическому процессу. Количество единиц применяемого оборудования в единой технологической цепочке бывает от 15 до 20 единиц. Все оборудование для этого в России — отечественного производства. Стальная проволока для электродов выправляется и рубится на стержни нужной длины. Компоненты покрытия тонко измельчаются и перемешиваются. Молотые компоненты просеиваются на ситах с числом отверстий от 1600 до 3600 на 1 см2. Из изготовленных размолотых и просеянных компонентов изготовляется обмазочная паста для покрытия электродов, которая имеет консистенцию влажной земли и при сжатии в руке слипается в комок. Для приготовления пасты сначала смешиваются сухие компоненты, затем сухая смесь размешивается в растворе связующего вещества (жидкого стекла). Нанесение обмазочной пасты на электродный стержень производится на специальных прессах, имеющих прутковые питатели (накопители) для стержней. Усилие прессов для нанесения обмазки — от 700 до 1600 т. Максимальное давление в цилиндре пресса — 720 кг/см2. Электродный стержень проходит через мундштук пресса, и концентрически со стержнем выдавливается электродная паста, покрывающая стержень слоем строго определенной толщины. Обмазочная паста периодически загружается в цилиндр пресса. Электродные стержни проталкиваются через мундштук цилиндра в количестве от 100 до 500 штук в минуту и выходят покрытыми плотным, концентричным со стержнем слоем обмазки равномерной толщины. Разнотолщинность обмазки ограничена ГОСТ, и ее превышение приводит к образованию «козырька* на торце электрода, который мешает управлять ванной. При выходе из пресса один конец электрода зачищается от 60 Сварочные работы обмазки (механически — спешцеткой) для захвата электрододержателем. Современный электродный пресс имеет производительность от 4,5 до 6,5 т электродов диаметром 4 мм в смену. Окончательная сушка ведется при высоких температурах. Для электродов, не содержащих органических веществ, например типа УОНИИ13, температура прокалки 300—400*С, а для обмазок с органическими веществами температура прокалки не выше 150—180"С во избежание разложения, расплавления органических веществ. После сушки электроды поступают на контроль и упаковку. Хранение электродов должно исключать доступ к ним влаги и влажности. Глава 2. Материалы для сварки 61 В настоящее время выпускается Около 140 марок сварочных и наплавочных электродов. АО «Спецэлектрод» выпускает всю гамму высококачественных сварочных электродов со специальными свойствами, а также углеродистых электродов с рутиловым, иль- менитовым, основным покрытием. Только высокооснащенная технология позволяет выпускать электроды высокого уровня качества, подтвержденного Сертификатами качества Госстандарта, гигиеническими Сертификатами Минздрава России. По желанию покупателя (потребителя) электроды могут поставляться для поднадзорных объектов по допуску Морского и Речного регистров судоходства, либо по лицензии Госатомнадзора, либо по Сертификату Ллойд регистра (Великобритания). 2.9. Материалы для газосварки и резки Для газовой сварки и резки требуется высокотемпературное газовое пламя. Такое пламя можно получить при сжигании горючего газа или паров горючей жидкости в смеси с технически чистым кислородом. Если горение газа, паров происходит в воздухе, в котором кислорода содержится только 1/5 по объему (остальное азот с примесями), то температура сварочного пламени будет значительно ниже, чем при сгорании в чистом кислороде. Идея о промышленном применении кислорода впервые была высказана русским ученым Д.И. Менделеевым в 1903 г., когда он предложил использовать кислород для ускорения связанных с горением технологических процессов в металлургии. Кислород является самым распространенным элементом на земле, встречающимся в виде химический соединений с различными элементами: в земле — до 50% по массе, в соединении с водородом в воде — около 86% по массе и в воздухе — до 21 % по объему и 23% по массе. Кислород при нормальных условиях (температура 20°С, атмосферное давление) — это бесцветный негорючий газ, немного тяжелее воздуха, не имеющий запаха, активно поддерживающий горение. При атмосферном давлении и температуре 0*С масса 1 м3 кислорода равна 1,43 кг, а при температуре 20°С — 1,33 кг. Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения почти со всеми химическими элементами, кроме инертных газов. Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества теплоты, т. е. носят экзотермический характер. При соприкосновении 62 Сварочные работы сжатого газообразного кислорода с органическими веществами: маслами, жирами, угольной пылью, горючими пластмассами — может произойти их самовоспламенение в результате выделения теплоты при быстром сжатии кислорода, трении и ударе твердых частиц о металл, а также электростатического искрового разряда. Поэтому используя кислород, необходимо исключить его контакт с легковоспламеняющимися и горючими веществами. Кислород способен образовать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих веществ, что может привести к взрыву при наличии огня или даже искры. Особенно опасны пропитанные жидким кислородом пористые вещества (уголь, сажа, войлок, вата и им подобные), которые в этом случае становятся сильными взрывчатыми веществами. При взрыве газовой смеси удар фронта детонационной волны достигает 5 кг/см2, т. е. сила, действующая на общую площадь, достаточно разрушительна. В атмосферном воздухе содержится 20,5% кислорода. Его можно получать химическим способом или электролизом воды. Химические способы малопроизводительны и неэкономичны. В промышленности кислород получают из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации. В установках для получения кислорода и азота из воздуха последний очищают от пыли и других примесей, сжижают в компрессоре до нужного давления холодильного цикла от 60 до 200 кг/см2 (0,6—20 МПа) и охлаждают в теплообменниках до температуры сжижения. Разница температур сжижения кислорода и азота в 13*С достаточна для их полного разделения из жидкой фазы. Температура кипения кислорода (—183*С), азота (—196’С), поэтому сначала происходит испарение азота (либо в атмосферу, либо в газосборник), а затем испаряется кислород из уже очистившейся жидкой фазы и накапливается в воздухоразделительном аппарате и собирается в газгольдере, откуда компрессором его накачивают в баллоны под давлением до 20 МПа (200 кг/см2). Часто кислород транспортируется потребителю в жидком виде в спецгарс. При атмосферном давлении и температуре 20'С 1 дм3 (1 л) жидкого кислорода испаряет 850 дм (л) газообразного. Поэтому доставлять кислород к месту сварки выгоднее в жидком состоянии, так как при этом в 10 раз уменьшается масса тары и транспортноскладские расходы. Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 технический кислород выпускается двух сортов: 1-й — чистотой не менее 99,7%; 2-й — 99,5% по объему. Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем меньше чистота кислорода, тем хуже качество реза, медленнее процесс резки, трудней отделяется грат (шлак) с кромок, заметно увеличивается расход Глава 2. Материалы для сварки 63 кислорода. При снижении чистоты кислорода с 99,2 до 98%, его расход увеличивается в 2 раза, а при чистоте кислорода менее 92% процесс резки не происходит. На 1 м3 кислорода, получаемого из воздуха, расходуется от 1 до 2,0 квт-ч электроэнергии. Ацетилен (С2Н2). Ацетилен является одним из лучших, но не основных газов, применяемых для газовой сварки, пайки, резки металлов. Вообще, для газовой сварки температура пламени горелки должна быть примерно в два раза выше температуры плавления металла. Температура ацетиленового пламени в технически чистом кислороде при смеси стехиометрического состава — до 3200вС. Стехиометрической называют смесь, имеющую состав, обеспечивающий полное сгорание до С02 и Н20; Для ацетилена: С2Н2 + 2,502 = 2С02 + Н20. Ацетилен — это химическое соединение углерода и водорода. Технический ацетилен — бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом из-за примесей сероводорода, аммиака и лр. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Плотность ацетилена равна 1,09 кг/м3, т. е. он в 1,1 раза легче воздуха. При атмосферном давлении ацетилен сжижается при температуре (—82° С), а при (—85*С) переходит в твердое состояние. Теплотворная способность ацетилена, т. е. количество теплоты, получаемое при полном сгорании 1 кг, или 1 м3 газа, составляет 11900 ккал на 1 кг, или 13700 ккал на 1 м3 ацетилена. Для нормального пламени в горелку на 1 м3 ацетилена должно подаваться 1,15 м3 кислорода. Ацетилен для сварки получают из карбида кальция в спецге- нераторах. В последние годы чаше используют баллонный ацетилен, т. е. от специальных ацетиленовых баллонов. Осуществляется также промышленное производство ацетилена из природного газа. Из общего объема производимого ацетилена лишь до 3% идет на нужды сварки. Из ацетилена получают этиловый (винный) спирт, волокна для тканей, уксусную кислоту, синтетический каучук и многие другие ценные продукты. Нестойкость молекул ацетилена обусловливает повышенную способность ацетилена к химическим реакциям, делает его необходимым ценным продуктом для химической промышленности. При атмосферном давлении и медленном нагревании до 700*С происходит полимеризация ацетилена, т. е. процесс соединения нескольких молекул С2Н2 в одну, более сложную молекулу с образованием высокомолекулярных органических соединений (полимеров) из 64 Сварочные работы низкомолекулярных соединений (мономеров). Также идет спокойное разложение ацетилена на углерод и водород с последующим образованием других углеводородов с общей формулой лС2Н2 - С^Н^, например, бензол С6Нв, стирол CsHg и другие жидкие смолообразные продукты сложного состава. При быстром нагревании со скоростью от 100 до 400*С в секунду полимеризация переходит в самовоспламенение или взрыв ацетилена Практически допускается нагрев ацетилена до следующих температур: при давлении 1,5 кг/см2 — от 150 до 180*С, при большем давлении — до 100*С. В условиях работы ацетиленовых генераторов полимеризация может начинаться в заметных размерах при температуре от 150 до 180 вС. На ее наличие указывают желтоватая окраска карбидного ила, удаляемого из генератора, а также наличие смолистых продуктов в каналах горелки, резака (особенно в инжекторе). Это связано с сильным перегревом ацетилена при ненормальной работе генера Глава 2. Материалы для сварки S7 тора. В правильно работающих ацетиленовых генераторах полимеризация газа практически отсутствует. Ацетилен взрывоопаснее водорода, пропана, метана из-за более низкой температуры вспышки. Он взрывоопасен при давлении 1,5 кг/см2 и температуре свыше 580*С, при давлении 2,0 кг/ см 2 и при температуре от 350°С, т. е. чем выше давление, тем более низкая требуется температура для взрывоопасного состояния. Ацетилено-воздушная смесь взрывается при содержании в ней ацетилена 2,2—81%, наиболее взрывоопасной является смесь с содержанием 7—13% ацетилена. Ацетилено-кислородная смесь имеет пределы взрываемости с 2,3 до 93% ацетилена. Взрыв смеси может произойти от сильного нагрева (более 430*С) или от искры. Допустимый нагрев ацетилена при атмосферном давлении — до 300*С. Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 240*С. При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, поэтому категорически запрещается применение сплавов меди с содержанием более 70% меди при изготовлении аппаратуры и оборудования для ацетилена. Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях. Особенно хорошо он растворяется в ацетоне. Растворимость ацетилена зависит от его температуры: чем она выше, тем хуже растворимость. Например, в 1 л ацетона растворяется ацетилена: 20 л при 20*С; 33 л при 0*С; 52 л при -20*С. Ацетилен в баллонах находится растворенным в ацетоне. Карбид кальция — это химическое соединение кальция с углеродом (СаС2). Оно используется для получения горючего газа — ацетилена. Карбидами называются все вещества в химическом соединении с углеродом. Карбид кальция является твердым веществом темно-серого или коричневого цвета, плотностью 2,4 г/см3, с резким чесночным запахом и способностью жадно поглощать воду. Его получают сплавлением кокса с негашеной известью в специальных карбидных электрических дуговых печах при температуре 2000—2300*С, по эндотермической реакции: СаО + ЗС = СаС2 + СОТ — 450 ккал (1 Дж = 0,24 кал). Для получения 1 т карбида кальция расходуется 950 кг кокса, 650 кг негашеной извести, 55 кг графитовых электродов от 3000 до 6000 кВт/час электроэнергии. Расплавленный карбид кальция сливают из печи в специальные изложницы, в которых он остывает и затвердевает. Затем его подвергают дроблению и сортировке на куски размером от 2 до 80 мм. Размеры менее 2 мм считаются карбидной пылью, ее в карбиде кальция не 66 Сварочные работы должно быть более 3%. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые барабаны, так как он активно поглощает влагу из воздуха, выделяя при этом ацетилен. При раскупорке барабана с карбидом кальция нужно об этом помнить. При взаимодействии с водой карбид кальция быстро разлагается и выделяет газообразный ацетилен, образуя в остатке гашеную известь (отход). Теоретически реакция разложения карбида кальция с водой происходит так: СаС2 + 2Н20 = С2Н2Т + Са(ОН), + 450 ккал. карбид водаацетилен гашеная кальция 0,562 л (газооб- известь 1 кг разный) 1,156 кг 0, 406 кг Весовые части указаны для химически чистого карбида кальция. Так как 1 м3 ацетилена при атмосферном давлении и 20*С весит 1,09 кг, то из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 0,406 кг: 1,09 = 0,372 м3, или 372 л (дм3) ацетилена. Поскольку технический карбид кальция с Одержит 70— 80% химически чистого карбида кальция, а остальнс 1— примеси, преимущественно негашеная известь, то из 1 кг технического карбида кальция можно получить от 235 до 285 л (дм3) ацетилена. Реально на ацетиленовых генераторах для получения 1:: I (1000 л) ацетилена расходуется до 4,5 кг карбида кальция. Потек л ацетилена — это растворение его в воде и продувка генератора после зарядки. Растворимость ацетилена в воде —1,10 объема. , Разложение карбида кальция водой идет быстро и с выделением большого количества тепла. Чем меньше размеры кусков, тем быстрее происходит его разложение. При разложении 1 кт карбида кальция выделяется примерно 400 ккал тепла. Карбид кальция размером 50 х 80 мм разлагается за 15 мин, а размером 8 х 15 — за 7 мин. Карбидная пыль (менее 2 мм) разлагается водой очень быстро, выделяя большое количество тепла за единицу времени. Это приводит к перегреву ацетилена и взрыву ацетиленового генератора. Чем выше температура воды, тем быстрее идет разложение карбида кальция. Если вода сильно загрязнена гашеной известью, то реакция разложения замедляется. Для охлаждения ацетилена и ацетиленового генератора берут не теоретические 0,56 кг (0,56 дм3) воды, а от 7 до 20 дм3 на 1 кг карбида кальция, обеспечивая безопасность и предотвращая полимеризацию ацетилена. В ацетиленовых генераторах хорошей конструкции при правильной Глава 2. Материалы для сварки 67 эксплуатации полимеризация практически отсутствует. Барабаны с карбидом кальция должны храниться в сухом помещении с полом высотой 1 м от поверхности земли, не имеющем водопроводных и отопительных систем. Категорически запрещается хранить тару с карбидом кальция в подвальных помещениях. Нарушение этого правила неоднократно приводило к взрывам в подвалах жилых домов с частичными разрушениями нескольких квартир и человеческими жертвами, например в 1989 г. на Украине. При вскрытии барабанов любыми способами нужно предотвращать искрообразованис. ГЪзы — заменители ацетилена. В настоящее время, начиная с 1960 г., в промышленности для газовой сварки и резки широко применяются вместо ацетилена различные более дешевые и доступные газы: природный, пропан технический, пропан-бутановые смеси и др. Эти газы в 10—20 раз дешевле ацетилена. Сравнительная простота аппаратуры при их использовании улучшает условия работы. Такие газы принято называть газами-заменителями ацетилена. В принципе, любой газ, имеющий теплотворную способность более 6000 ккал на 1 м3 и температуру горящего в смеси с кислородом пламени более 2000°С, пригоден для газовой сварки и тем более для кислородной резки. 79 Сварочные работы Теплотворной способностью газа называют количество теплоты в килокалориях, полученное при полном сгорании 1 м 3, или 1 кг газа. При выборе газа-заменителя учитывают еще температуру воспламенения, пределы взрываемости, возможности работы в любое время года на открытом воздухе, доступность газа и удобство в работе. Из всех газов-заменителей и горючих жидкостей самыми пригодными и удобными оказались пропан технический, пропан- бутановыс смеси и природный газ, которые имеют широкое применение. Пропан технический — бесцветный газ с резким запахом (от добавления одорантов), состоящий из пропана С3Н8 с примесью пропилена С3Н6, суммарное содержание которых 93%. Получают пропан как побочный продукт при переработке нефтепродуктов. Пропан-бутановая смесь — бесцветный газ с резким (от одорантов) запахом, является также побочным продуктом при переработке нефти. Смесь легко переходит в жидкое состояние. В ней от 5 до 30% бутана (С4Н10). Одорантами называют сильнопахнущие вещества, которые добавляют в газ, не имеющий запаха, для обнаружения возможной утечки. Смесь пропана с бутаном применяют потому, что у этих газов различная теплотворная способность и температура перехода в жидкое состояние, т. е. практическое прекращение выделения паровой (газовой) фракции. Температура кипения (начало испарения) у пропана (-42*С), бутана (-0,5’С), т. е. при этой температуре начинает образовываться газовая фракция, а если указанные температуры будут немного ниже, то испарения (газообразования) происходить не будет. Как видно, недостатком бутана является то, что при ГС мороза он уже не испаряется, газоотбор невозможен. Но за счет его заметного преимущества в теплотворной способности бутан добавляют в пропан, получая смесь, при этом немного повышается температура испарения смеси, т. е. с — 42*С до -36*С, а смесь можно использовать при температуре окружающего воздуха до —25*С. Теплотворная способность пропана в среднем 21000 ккал/м3, бутана — до 28000 ккал/м3 газа. Пропан-бутановая смесь имеет удельную массу (вес) больше воздуха почти в два раза, рассеивается медленно, способна оседать в приямках, подвалах и других нижних частях помещений, создавая взрывоопасную концентрацию. Вес (масса) 1 л жидкого пропан-бутана в среднем равен 0,5—0,55 кг; вес 1 м3 газовой смеси - 1,9 кг при 20*С. Потребное количество кислорода, подаваемое в горелку на 1 м 3: пропан-бутановой смеси — 3,4—3,6 м3, ацетилена — 1,1—1,3 м3. Температура горения пропан-бутановой смеси с кислородом равна Глава 2. Материалы для сварки 69 2400—2700°С, воспламенения — 480*С. Пределы взрываемости при содержании пропан-бутана в воздухе — от 2,2 до 9,5%. Способность пропана и бутана при сжатии переходить в жидкость обеспечивает удобство хранения, транспортировки и использования, так как 1 м3 газа после сжижения можно поместить в баллон емкостью 4 л. Состав сжиженных газов регламентирует ГОСТ 10196-62 «Газы углеводородные сжиженные топливные*. По этому стандарту предусмотрен выпуск следующих марок: пропан — технический газ, бутан — технический газ, смесь пропана и бутана — технический газ. К месту потребления сжиженные газы доставляют железнодорожными цистернами, автоцистернами и в баллонах под давлением не выше 16 кг/см2. Сжиженные газы менее взрывоопасны в смеси с воздухом и имеют малую Скорость сгорания и большую устойчивость против обратных ударов пламени в шланги по сравнению с ацетиленом. Понятие — коэффициент замены ацетилена каким-либо другим газом — показывает отношение теплотворных способностей ацетилена к газу-заменителю и указывает насколько меньше или больше потребуется заменителя, например, = 12600 ккал/м3, Q™™ = 21000 ккал/M’, Kr = Q_ / Qn_ = 12600/21000 - 0,6 - это значит, что потребуется 60% пропана, вместо 100% ацетилена. При применении метана (основного компонента природного газа): = 8000 ккал/м3, К, - О—. / = 12600/8000 - 1,58. Эго значит, что расход метана окажется больше на 58%. Теоретическое количество кислорода, необходимое для полного сгорания пропана по фазам горения, определяется по следующим реакциям: 1. С,н8 + 1,50, = ЗСОТ + 4Н Т 2. ЗСО + 4Н2 + 3,502 = ЗС02Т + 4НгО — получается, что на 1 объем пропана требуется 5 объемов кислорода (1,5 + 3,5). Для метана (основа природного газа) реакции следующие: 1. CH4+0,5O2 = COT+ 2Н/Г 2. СО + 2Н2 + 1,502 = С02Т + 2Н20 — на 1 объем метана требуется 2 объема кислорода. Практически кислорода расходуется для пропанового и метанового пламени меньше на 20—40% из-за различия качественных характеристик каждой фазы горения. Рабочий пост сварки, резки снабжается от индивидуального баллона. Давление в баллоне зависит от температуры газа в нем, и при 40 вС давление 70 Сварочные работы может быть до 16 кг/см2. Наиболее широко применяются баллоны емкостью 40—50 л. Баллоны для сжиженного пропан-бутана изготовляются из стали толщиной 2,5—3,0 мм. Штуцеры вентилей баллонов имеют левую резьбу диаметром 21,8 мм и 14 ниток на 1 дюйм. Сжиженные газы имеют большой коэффициент объемного расширения жидкой фракции, т. е. в 15 раз больше, чем у воды, поэтому наполнение баллона свыше 85% емкости может привести к разрыву баллона при нагревании. По давлению сжиженного газа в баллоне нельзя судить о его количестве, как это делается для сжатых газов. Количество про- пан-бугана (как и другого сжиженного газа) в баллоне можно определить только взвешиванием. Для нормальной работы любого потребителя газа от пропанового баллона максимальный отбор газа не должен превышать 1,25 м 3 в час от одного баллона. При испарении 1 кг (*= 2 л) пропан-бутана образуется в среднем 500 л (0,5 м3) газа. Природный газ состоит в основном из метана (СНЯ) до 80—98%. Его транспортируют по трубопроводам. Природный газ широко применяется в промышленности как самое дешевое топливо. Газ имеет слабый чесночный запах. Сгорая в струе чистого кислорода, природный газ даст пламя с температурой до 2200’С и теплотворной способностью 4500—7000 ккал/м3. Практически смесь поступает в горелку, резак в соотношении с кислородом 1 : 1,5. Как заменитель ацетилена природный газ применяется для резки сталей, пайки и сварки цветных металлов. Керосин — прозрачная, бесцветная, легко испаряющаяся жидкость, состоящая из смеси углеводородов (С13Н„). Для керосинокислородной резки и нагрева металла применяют осветительный керосин по ГОСТу 4753-68. Не рекомендуется применять тракторный керосин, так как в нем содержится больше смолистых веществ, которые при температурах 300—600"С образуют смолообразные соединения. Это засоряет аппаратуру и приводит к частой ее разборке и чистке. Для газовой сварки применяют сварочную проволоку, близкую по химическому составу к свариваемым изделиям. Флюсы для газовой сварки. При газосварке от нагрева пламенем цветные металлы энергично вступают в реакцию с кислородом окружающего воздуха и сварочного пламени, образуя окислы, которые имеют более высокую температуру плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тончайшей пленкой и сильно затрудняют сплавление капель в одно целое при сварке. Для зашиты от окисления и для удаления образовавшихся окислов применяют различные активные химические Глава 2. Материалы для сварки 71 реактивы, называемые флюсами, в виде порошков и паст. Флюсы образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность металла. Пленка шлаков покрывает расплавленный металл, защищая его от окисления. Расплавленный флюс способен образовывать оксиды, растворяя их и образуя с ними химические соединения. По составу флюсы бывают различные и разрабатываются с учетом свойств сварочного материала и функции флюса. Основные требования к флюсу: легкоплавкость — раннее расплавления металла, хорошая растека- емость и смачиваемость металла, способность полностью удалять оксиды, переводя их в легкоплавкие химические соединения и удаляя до затвердевания ванны, безвредность для свариваемого металла и людей. Разработано много марок различных флюсов (более сотни). Часто в качестве флюса используют обезвоженную буру, борную и кремниевую кислоту и другие вещества, их сочетания и многокомпонентность. Плотность флюса должна быть меньше плотности свариваемого металла, чтобы флюс всплывал в ванне, а не оставался в металле. При газовой сварке углеродистых сталей флюсы, как правило, нс применяют. 2.10. Металлургия сварки Расплавленные шлаки и газы от электродных обмазок, а также флюсы взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны, образуя химические реакции металлургического процесса. В сварочной ванне проходят такие же металлургические процессы, как и в сталеплавильных печах. Шлак при сварке образуется из расплавленного электродного покрытия, содержащего различные минеральные вещества, руды, горные породы и т. д. Шлак защищает ванну от доступа воздуха, а также замедляет скорость охлаждения шва. Этого достаточно для улучшения качества шва, но нс для получения высококачественного металла шва. Необходимо легирование металла, т. е. введение в ванну таких элементов, как марганец, хром, кремний, никель и другие, а также рафинирование. Рафинирование металла — это удаление избыточного количества вредных примесей и газов из металла шва. В сталях вредными газами и примесями являются азот N2, водород Н2, кислород 02, сера S, фосфор Р. Основные особенности металлургических процессов в сварочной ванне, 72 Сварочные работы отличающие их от таких же процессов в сталеплавильных печах, состоят в том, что при сварке масса нагретого и расплавленного металла очень мала, высокая температура (до 2400вС) нагрева, число капель электродного металла, проходящих через дуговое пространство в сварочную ванну, незначительно, теплоотвод из сварочной ванны и химические реакции протекают очень быстро и не всегда могут завершиться полностью, кристаллизация металла шва скоротечная. При сварке проходят в основном следующие металлургические процессы: окисление, раскисление, легирование, рафинирование и борьба с растворением газов в металле. Исходя из требований к металлу шва, применяют различные типы электродных покрытий. Преобладание кислотных или основных окислов делают расплавленный шлак кислым или основным по типу. В зависимости от характера металлургических реакций, протекающих в сварочной ванне, и от химического состава расплавленного шлака электродные обмазки делятся на следующие типы: кислые (рудно-кислые), рутиловокислые, или ильменитовые, основные. Ильменитом называют титанистый железняк FeTi03 — минерал класса оксидов. Это основная руда для получения титана. Еще его называют титановый (ильменитовый) концентрат. Кислые типы расплавленного шлака сварочной ванны характеризуются реакциями, аналогичными реакциям выплавки кипящей стали в сталеплавильных печах. Важнейшими кислотными оксидами в обмазках выступают Si02 и ТЮ2. Основной реакцией в ванне является реакция восстановления закиси железа углеродом: FeO + С = Fe + СО, сопровождаемая образованием газообразной окиси углерода, вызывающей кипение ванны. Для быстрого проведения указанной реакции в обмазку вводятся в большом количестве оксиды железа в форме железных руд и другие оксиды, легко отдающие кислород и способные интенсивно окислять металл ванны, например двуокись марганца Мп02 в форме минерала — пиролюзита. Дополнительным источником углерода является ферромарганец. В сварочной ванне протекают экзотермические реакции, которые дополнительно разогревают ванну. Ферросплавы, кроме легирующих, имеют свойства сильных раскислителей и уменьшают содержание кислорода в ванне, восстанавливая закись железа в железо. При сварке стали в большом количестве окисляется железо, и в результате реакции получается низший оксид железа FeO, который Глава 2. Материалы для сварки необходимо восстанавливать в железо. 73 74 Сварочные работы Реакции восстановления железа при взаимодействии с различными элементами обмазки или флюса следующие: 1. 2FeO + Ti = (2Fe] + (ТЮ2) растворенные в железе 2. 2FeO + Si = [2FeJ + (Si02) растворенные в железе 3. FeO + СО = [Fe] + СО,Т росте, газ в железе 4. FeO + Mn = [Fe] + (МпО) растворенные в железе 5. FeS + Mn = [Fe] + (MnS) растворенные в железе Квадратными скобками [ ], как принято в теории металлурги-' ческих процессов, обозначены вещества в металлическом, а в круглых () — в шлаковом расплаве. Преимущества и недостатки кислых покрытий. Преимущества — высокая скорость расплавления, возможность сварки на форсированных режимах, высокая проплавляющаяся способность, хорошая производительность при сварке в нижнем положении. Недостатки с металлургической точки зрения — металл шва имеет повышенное содержание кислорода, фосфора, серы и чувствителен к образованию холодных и горячих трещин, сравнительно невысокий уровень характеристик механических свойств металла шва, неблагоприятные санитарно-гигиенические показатели для сварщика. Преобладание основных оксидов в расплавленном шлаке от электродного покрытия, т. е. основной тип покрытия электродов, делает преобладающей металлургической реакцией реакцию восстановления закиси железа металлом с большой теплотой образования оксида, обычно кремнием или титаном: 2FeO + Si = 2Fe + SiOr Реакция протекает без газообразования и кипения ванны. Основными окислами являются NajO; CaO; MgO; МпО; FeO и др. j Глава 2. Материалы для сварки 75 В обмазку вводятся достаточно прочные оксиды, не отдающие кислород ванне и не окисляющие металл, например, оксид кальция. Металлургический процесс сходен с выплавкой спокойной стали. Кислород находится в расплавленном железе в форме закиси железа FeO, имеющей ясно выраженный основной характер и реагирующей с кислотными оксидами шлака, если они содержатся в избытке, образует силикаты или титаниты закиси железа 2FeO • Si02 и 2FeO • ТЮа, которые в ванне металла практически нерастворимы и переходят из металла в шлак, т. е. удаляют закись железа из ванны шлаком. Сильноосновной характер обмазки — с большим содержанием окиси кальция СаО — дают шлаки, обеспечивающие получение металла шва особо высокого качества. Шлаки основного характера не раскисляют металл, и для уменьшения содержания кислорода в ванне в обмазку приходится вводить сильные раскислители (кремний, титан) в форме ферросплавов. Основные покрытия обычно базируются на карбонате кальция СаС03 (мрамор, мел) и плавиковом шпате (флюорите) — CaFr В состав покрытия вводят также минеральные силикаты (кварц, гранит и т. д.) и несколько раскислителей одновременно (ферромарганец, ферросилиций, ферротитан). Образующийся расплавленный шлак, содержащий оксиды кальция, кремния, железа, алюминия, носит ярко выраженный основный характер. Сварку электродами с основным покрытием выполняют в постоянном токе обратной полярности, (+) на электроде. Достоинством электродов с основным покрытием является малое содержание оксидных включений в металле шва. Это обусловливает высокие вязкопластические свойства металла шва и хорошую сопротивляемость образованию горячих трещин. На базе основных покрытий выпускают ♦низководородные» электроды, обладающие малой чувствительностью к образованию холодных трещин. К недостаткам основного покрытия электродов следует отнести: низкую технологичность при сварке переменным током; трудности при изготовлении, в частности, необходимо применение особых добавок, пластификаторов — веществ, повышающих пласти- 71 Сварочные работы ческис свойства обмазочной массы: чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия и наличии влаги, окалины, ржавчины на свариваемых кромках. Необходимо строго ограничивать содержание влаги в электродном покрытии путем высокотемпературной прокалки при изготовлении и повторной прокалке перед сваркой при температуре 260— 350вС. Хранить электроды с основным покрытием нужно в герметичной таре. В России и за рубежом основное покрытие используется для электродов специального назначения: высокопрочных, хладостойких, теплоустойчивых, жаропрочных, коррозионно-стойких и т. д. Органические вещества (целлюлоза, крахмал, декстрин, сахар, пищевая мука, древесная мука и т. п.) вводятся в оба типа покрытий для газовой защиты сварочной дуги. Под действием высокой температуры при сварке они разлагаются с образованием смеси газов, имеющих восстановительные свойства, и защищают металл шва от воздействия атмосферного воздуха. Защитная газовая оболочка, образуемая от разложения органических соединений, ограждает ванну от доступа кислорода и азота, а соединения железа с азотом в присутствии газа, богатого водородом (от органики), практически не образуются. Рафинирование металла шва выполняется также за счет химического взаимодействия расплавленного шлака с ванной. Основные вредные для сварочной ванны газы — это водород, азот и кислород. Применяется два способа борьбы с этими газами: • физический — это зашита сварочной ванны от компонентов, содержащих водород, азот и кислород; • химический — перевод газов из растворимого состояния в нерастворимое. Водород — растворяется в большинстве металлов в зависимости от температуры металла. Водород — вредная примесь. Он является причиной пор, микро- и макротрещин в шве и зоне термического влияния. При быстром затвердевании ванны водород в виде газовых пузырей может остаться в сварном шве и под большим давлением. Азот растворяется в элементах, с которыми образует соединения, называемые нитридами. Это твердые игольчатые кристаллы со слабой взаимосвязью. Они заметно уменьшают вязкость и увеличивают твердость металла шва. Азот не растворяется в меди, никеле, золоте, серебре и не образует с ними химических соединений (инертный по отношению к ним газ). Азот способствует образованию пор в металле шва. Кислород. С увеличением содержания в металле шва более 0,05% Глава 2. Материалы для сварки 77 кислорода ухудшаются механические свойства сварного соединения. Для улучшения прочности стали применяют раскислительный процесс, восстановительные реакции, т. е. железо восстанавливается из растворенной закиси железа металлом, обладающим более высоким химическим сродством к кислороду и дающим оксид с очень малой растворимостью в железе. Для большинства металлов и сплавов при сварке для устранения окислительных процессов в присадочные материалы, покрытия (обмазки) и флюсы вводят специальные раскислители — это вещества, которые имеют большее сродство к кислороду, чем металл шва. С помощью окислительно-восстановительных реакций и взаимодействия расплавленного шлака с ванной происходит рафинирование шва, даже с растворением при высоких температурах некоторых вредных неметаллических включений и образованием с ними легкоплавкой смеси, которая всплывает в шлак. При газовой сварке металл ванны интенсивно перемешивается с газовым потоком пламени и вступает во взаимодействие с ним, в результате чего происходит окисление, испарение и выгорание отдельных компонентов металла. В основном металл шва окисляется газами пламени горелки или кислородом воздуха. Растворяясь в стали, кислород вступает в соединение с легирующими компонентами, что увеличивает общее содержание кислорода в металле шва и приводит к снижению механических свойств последнего. Процессы окисления и раскисления происходят одновременно и находятся во взаимосвязи. Возможность протекания этих реакций зависит от температуры и процентного содержания элементов. Следует отметить, что ацетилено-кислородное пламя по отно-1 шению к расплавленному металлу является в основном защитной! средой, затрудняющей доступ кислорода к сварочной ванне и за-1 медляющей окисление металла. При сварке меди, латуни, бронзы и! других цветных металлов, раскисления которых одним пламенем! недостаточно, применяют флюсы, способствующие образованию лег-1 коплавких соединений (шлаков) и удалению оксидов из металла. 1 В остальном металлургические процессы дуговой и газовой свар-1 ки схожи по сути химических реакций. \ Кристаллизация металла шва. Кристаллизация — это переход! металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое с образованием зерен из расплава. Кристаллизация ванны начинается от готовых центров, зародышей кристаллизации — в основном от: оплавленных зерен основного металла. Размер зерен зависит от объема жидкого металла, скорости охлаждения IS Сварочные рабо (величины теплоотвода). Чем быстрее охлаждение ванны, тем тоньше кристаллический слой и меньше размеры зерен. При газовой сварке нагрев и охлаждение происходят медленней, поэтому зерна больше по размеру. Металл шва имеет более выраженное столбчатое строение, так как состоит из вытянутых (столбчатых) кристаллов, растущих при кристаллизации в направлении, обратном теплоотводу. Центрами кристаллизации могут быть мелкие тугоплавкие твердые частицы, находящиеся во взвешенном состоянии. Растущие кристаллы называют в металловедении кристаллитами. Кристаллиты могут быть различными по строению: ячеистые, дендритные и ячеисто-дендритные. Чем чище металл, тем строение ближе к ячеистому. Ячеистая структура — это ряд параллельных ячеек, вытянутых в направлении кристаллизации, т. е. в направлении отвода тепла. Границы ячеек образованы скоплением примесей. По направлению к центру сварочной ванны ячейки увеличиваются по размеру. На ячейках могут появиться ветви, и ячеистая структура переходит в дендритную (столбчатую). Дендриты (от греческого — дерево) — это древовидные кристаллы, образующиеся при кристаллизации в условиях направленного отвода тепла. От ствола дендритной структу II ры под углом возникают и растут ветви. При образовании осей кристаллизации одновременно пространство между ними заполняется жидким, более чистым металлом. Чаще всего сварные швы имеют столбчатое строение кристаллов. В общем случае строение кристаллов зависит при сварке от чистоты металла в сварочной ванне, от загрязняющих примесей, скорости охлаждения ванны, величины сварочного тока. Размеры столбчатых кристаллов могут быть от 0,3 до 3,0 мм. В зоне сплавления — более мелкие кристаллиты, а ближе к центру шва — крупные с дендритно-ячеистой структурой. Кристаллизационные слои рассматривают под микроскопом на специально подготовленных микро- и макрошлифах с фотографированием. На завершающем этапе затвердевания в ванне кристаллитов могут образовываться горячие трещины (кристаллизационные трещины). Трещины образуются от загрязнений, которые имеют более низкую температуру плавления, чем железо. Эти загрязнения при охлаждении шва долго находятся между кристаллитами в жидком и полужидком состоянии и не могут сопротивляться растягивающим силам в процессе усадки охлаждающегося металла шва, и от этого по границам кристаллитов появляются трещины. Это не единственная причина появления горячих трещин, так как условия несвободной усадки шва и линейного сокращения металла при охлаждении влияют более значительно на их появление. Холодные трещины образуются при нормальной температуре, или до 200*С. Это местные межкристаллические разрушения. Они возникают под влиянием имеющихся в металле водорода, нитридов, сульфидов, фосфидов, а также остаточных сварочных напряжений или закалки ЗТВ. При содержании в сталях фосфора больше допустимых норм сталь приобретает хладол ом кость. Первая авария на первой в России железной дороге (скол рельса при -26вС) произошла по причине большого содержания фосфора в металле. Глава 2. Материалы для сварки Строение сварного шва. В поперечном сечении сварной шов на шлифе имеет следующие четко выраженные зоны: металл шва, зона сплавления, зона термического влияния (ЗТВ), основной металл. С точки зрения качества сварного соединения больший интерес представляет ЗТВ, которую и рассмотрим (см. рис. 12). Зона термического влияния — это участок основного металла около зоны сплавления, структура, свойства и ширина которого зависят от термического цикла, склонности к восприятию закалки и от свойств пластического деформирования при сварке. 80 Сварочные работы ЗТВ состоит из зоны перегрева — перегретого металла, нагреваемого до температур, близких к температуре плавления, и отличающейся значительным укрупнением зерна и пониженной вязкостью; зоны нормализации, нагреваемой несколько выше температур критической точки Aj (диаграммы «железо-углерод») и характеризуемой значительным измельчением зерна; зона неполной перекристаллизации (частичной нормализации) с максимальной температурой нагрева, лежащей между критическими точками А, и А3, характеризуемой неравномерностью структуры металла, наличием мелких зерен, образовавшихся при перекристаллизации, и более крупных, не изменившихся зерен: участок рекристаллизации характеризуется восстановлением приблизительно равноосных зерен из деформированных, созданных процессом прокатки металла. Затем зона неполной перекристаллизации переходит в зону сплав- ления, далее — основной металл. Ширина ЗТВ в стали влияет на эксплуатационные качества сварного соединения, и чем эта зона шире, тем хуже прочностные показатели. Например, при электронно-лучевой сварке ширина ЗТВ » 0,6 мм, при автоматической сварке под флюсом — от 2 до 3,5 мм, при ручной дуговой сварке — 3,5—6,0 мм, а при газовой сварке — от 24 до 27 мм. Как правило, усталостные разрушения происходят в ЗТВ по зоне перегрева. 2.11. Сварочные деформации и напряжения К пониманию и учету деформаций и внутренних напряжений в конструкциях после сварки нужно подходить очень серьезно, так как они могут приводить к неприятным последствиям. Конструкции после деформации иногда не поддаются исправлению, а при неправильных схемах и режимах сварки внутренние напряжения способны локально разрушать сварные швы или металл в околошовной зоне, если не произошла деформация и отсутствует возможность релаксации внутренних напряжений. Автору приходилось сталкиваться с разрывом стыков труб большого диаметра и стыков листовых конструкций. Поэтому очень важен грамотный подход к разработке технологического процесса. Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием силы. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации имеют место, когда после прекращения действия Глава 2. Материалы для сварки 81 силы форма и размер тела восстанавливается. Упругая деформация по величине небольшая, для малоуглеродистой стали — это любое усилие, вызывающее относительное удлинение не более 0,2%, и находится ниже предела текучести металла (точки начала текучести). Пластическая деформация происходит при величине силы, превышающей предел упругости и текучести металла. После прекращения действия силы тело не восстанавливает форму и размеры. Она еще называется остаточной деформацией. К деформациям после сварки приводят внутренние напряжения в сварном узле. Внутренние напряжения — это напряжения, существующие в теле при отсутствии внешних сил. Они бывают различного характера действия: растяжения, сжатия и др. Между деформацией и напряжением существует определенная связь, т. е. чем больше величина пластической деформации, тем меньше в теле внутренние напряжения. Внутренние напряжения возникают в теле (детали) при невозможности свободной деформации нагреваемой детали. Основными причинами возникновения напряжений и деформаций при сварке являются: неравномерный нагрев основного металла, большая величина погонной энергии, когда скорость сварки низкая, а сечение шва относительно большое, литейная усадка и, особенно, структурные изменения металла шва и околошовной зоны. Неравномерный нагрев приводит к деформации, или внутренним напряжениям, следующим образом. Если нагреть небольшой участок стального листа, то при нагревании металл начнет расширяться в зоне нагрева, но этому расширению будут препятствовать менее нагретые части листа вокруг зоны нагрева. В результате возникновения этих внутренних напряжений лист в зоне нагрева либо потеряет устойчивость и начнет деформироваться, если относительно тонкий, либо создаст в себе внутренние напряжения. Они после сварки могут быть настолько большими, что вызовут разрушение шва или металла конструкции (рис. 25). Усадка металла — уменьшение объема стали при переходе из жидкого состояния в твердое. Чугуны при таком переходе несколько увеличивают свои размеры, этим свойством они схожи с водой при замерзании. Усадка швов при сварке вызывает в них продольные и поперечные силы после охлаждения. Структурные изменения состоят в том, что происходит изменение размера кристаллической решетки стали и взаимного расположения кристаллов, которое сопровождается изменением объемов тела. В некоторых марках стали размер кристаллической решетки уменьшается, например, с 2,8 82 Сварочные работы Е до 2,6 Е (Е — ангстрем — одна десятимиллионная доля миллиметра), в которых после нагрева кристаллы приходят в прежнее состояние. Но в некоторых сталях размер кристаллической решетки после трех—четырехкратного нагрева возрастает с 2,8 Е до 3,6 Е безвозвратно, и сталь себя распирает в более слабой зоне, образуя трещину. К такой стали относится сталь 30 ХГСА и др. Они характеризуются боязнью термического удара, т. е. многократного нагрева. Внутренние напряжения бывают и от неудачного конструктивного сочетания свариваемых элементов, т. е. от нетехнологичнос- ти сварного узла. При этом затвердевающий металл шва уже прочно связан с основным металлом, а усадка шва встречает сильное препятствие, и если шов не разорвет внутренними напряжениями от усадки, то внутренние напряжения останутся в сварном узле постоянно действующей незримой силой, до приложения внешних (рабочих) нагрузок (рис. 24). Глава 2. Материалы для сварки 83 Напряженное состояние малопластичных материалов способствует образованию трещин в сварном шве или основном металле. Внутренние напряжения от сварки вызывают коробление сварных конструкций. Чем менее пластичный металл, чем меньше его теплопроводность, тем больше он подвергается деформации, так как зона нагрева становится (по тепловложению) точечной, т. е. неравномерной, без достаточного теплоотвода. Например, для изделий одинаковой конструкции у изготовленного из хромоникелевой стали (типа Х18Н9) величины деформаций и внутренних напряжений будут очень большими, больше, чем из низкоуглеродистой, а у произведенного из меди — их, как правило, не бывает. Изменение размеров и объема кристаллической решетки металла от температуры всегда порождает внутренние напряжения в нем. Если олово длительное время будет находиться на двадцатиградусном морозе, то оно начнет самопроизвольно растрескиваться. Механизм образования деформаций и внутренних напряжений в металле для конкретных сварных узлов достаточно сложный и не поддается расчету, даже приближенному к реальному результату, по причине влияния очень многих нестабильных факторов. Это задача со многими неизвестными и меняющимися во времени. Поэтому в прочностных расчетах зависимости сварных конструкций от внешних (рабочих) нагрузок величины сварочных напряжений в них не учитывают, но проектируют сопряжения, соединения отдельных элементов таким образом, чтобы эти напряжения свести до минимума. Причем принимаются во внимание основные сведения о поведении сварных швов. Например, особенно большие и опасные сварочные напряжения возникают при сварке литых деталей, закрепленных от свободных перемещений поперек стыка: шов и детали стремятся сократиться, а концы их защемлены, в деталях возникают значительные растягивающие напряжения, способные привести к разрыву. В угловых швах величина поперечных сварочных напряжений (от неодновременности застывания металла шва по сечению) тоже велика, но резко уменьшается при многослойной сварке. Усадка швов (продольная и поперечная) происходит всегда «на себя» — к центру шва. Величина поперечной усадки примерно в 10 раз больше продольной. Эпюра ау как бы складывается из двух эпюр, полученных при наплавке шва на кромку листа. IS Сварочные работы Ввиду того, что сварной шов соединяет оба листа по прямой линии, создается препятствие их выгибу и возникает эпюра поперечных сварочных напряжений ах (рис. 23). Для уменьшения поперечных напряжении применяется обратноступенчатый способ сварки, когда направление каждого отдельного шва — в одну сторону, а общее направление сварки — в противоположную. ж Рис. 23. Эпюры сварочных напряжений в стыковом шве: оу — эпюра остаточных продольных напряжений; ог — эпюра поперечных сварочных напряжений; © — сжатие волокон металла; е — растяжение волокон металла. Эпюры сварочных напряжений при соединении встык: 1 — при сварке в одном направлении; 2 — при обратноступенчатой сварке — уменьшенные напряжения Глава 2. Материалы для сварки 85 При соединении внахлестку, если расстояние между швами будет меньше пяти толщин наиболее тонкого листа, то податливость листков между швами Рис. 24. Сварочные напряжения становится настолько малой, что в шве при стесненной деформации — может образоваться трещина. самое напряженное состояние Есть много конструктивных и технологических способов уменьшения деформаций и внутренних напряжений, так как невозможно избежать их полностью. 1. Конструктивные способы: 1.1. Минимальное количество сварных швов, их катеты не должны превышать 16 мм — для уменьшения тепловложения в конструкцию. 1.2. Симметричность расположения швов для уравновешивания деформаций. 1.3. Обеспечивать размерами чертежа минимальные зазоры в местах сварки, т. е. не превышающие требования соответствующего ГОСТа на сварные швы. 1.4. Симметричное расположение ребер и минимальное их количество. 1.5. Учитывать в сопряжениях деталей возможность конструктивной свободной усадки сварного шва при остывании без жестких заделок. 1.6. Не допускать перекрещивающихся швов, особо в ответственных конструкциях. 1.7. Для большеобъемных ответственных конструкций стыковые соединения надежней и технологичней выполнять на- хлесточными, например, резервуары для хранения нефтепродуктов — с нахлесточными стыковыми соединениями в горизонтальных плоскостях. 1.8. Избегать в конструкциях сварных швов, неудобных для выполнения (потолочных, вертикальных). 86 Сварочные работы Рис. 25. Деформация элементов при сварке: а — однослойная сварка; б — многослойная сварка с эпюрами напряжений 2. Технологические способы: 2.1. Минимальная погонная энергия, т. е. высокая скорость сварки при минимальном поперечном сечении шва. 2.2. Равномерное, малыми дозами, симметричное распределение тепловложсния от сварки, с указанием последовательности и направления наложения швов, их протяженности и сечения, применяя и встречное направление второго слоя (прохода) шва. 2.3. Обоснованные режимы сварки и правильная последовательность наложения швов. 2.4. Минимальное количество прихваток и малое их сечение. 2.5. Предварительное взаимное расположение деталей с учетом будущей деформации, а также предварительные прогибы, которые исчезнут от деформации после сварки. 2.6. Предварительное закрепление деталей перед сваркой; хотя после сварки, охлаждения в зажатом состоянии и раскрепления обязательно имеются остаточные деформации, но очень небольшой величины, по сравнению со свободным охлаждением после сварки. 2.7. Проковка швов в холодном (либо горячем) состоянии. Этот прием значительно снимает внутренние напряжения и повышает надежность конструкции. Глава 2. Материалы для сварки 87 2.8. Местный подогрев, предварительный подогрев в печи, отжиг, нормализация. Чаще применяют один из перечисленных методов термического влияния. 2.9. Применение гнутых профилей. Все перечисленные способы достаточно действенны и результативны, поэтому нужно их помнить при решении вопросов качества ответственных конструкций и грамотно ими пользоваться. Габаритные, а также жесткие ответственные конструкции не допускают ошибок, так как не поддаются правке, исправлению. Деформированные сварные узлы обычно подвергают механической правке молотком, кувалдой, прессом. •— 9 Контрольные вопросы к главе 2 1. В чем отличия сварочной проволоки от проволоки обычной (товарной) ? 2. Из каких основных компонентов состоят порошковые твердые сплавы? 3. ДЛЯ чего наносят обмазку на сварочные электродные стержни? 4. В чем различия типа и марки электрода ? 5. Из каких основных операций состоит процесс производства электродов? 6. Для чего нужны защитные газы при сварки ? 7. Каково назначение флюса при сварке? 8. Какие сварочные материалы применяются при газоплазменной обработке металлов? 9. Перечислите основные причины деформаций и напряжений при сварке. 10. В чем различия деформаций и внутренних напряжений ? 11. Что понимается под выражением *полимеризация ацетшъена» ? 12. Назовите виды швов и сварных соединений. Глава 3. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И РЕЗКИ 3.1. Сведения о сталях Для сварных конструкций применяются только стали, относящиеся к углеродистым, низколегированным и в небольших количествах — к среднелегированным сталям. Это ограничение связано | со свариваемостью сталей и пригодностью сварных узлов. • Сварные конструкции должны быть прочными, жесткими и надежными, а также экономичными и минимально трудоемкими. Исходя из этих требований выбирают и соответствующие марки; сталей. В промышленности России применяется более 400 различных марок сталей, но для сварки узлов и конструкций применяют] только около 40 марок прокатной стали. Для сварных узлов и конструкций применяются следующие iруппвгсталей: • сталь конструкционная, углеродистая, обыкновенного качества, общего назначения, например от стали В Ст. 2 (КП, ПС, СП) до стали В Ст. ЗГ ПС; + • сталь конструкционная, углеродистая, качественная, наир?г-- мер, сталь 10 (КП-,* ПС), сталь 20 (КП, ПС), сталь 35, сталь 15К, стада» 20К и др.; • сталь конструкционная, низколегированная для сварных ^ конструкций ответственного назначения, например, 09Г2, сталь 14Г2, стали 12ГС, 17ГС, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД и др.; • сталь конструкционная легированная, например, стали: 15Х, 20Х, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГСА, ЗОХГСА, 20ХН, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 12ГН2МФАЮ и др.; • сталь конструкционная, теплоустойчивая, например, сталь I2MX, сталь 12Х1МФ, сталь 25Х2М1Ф идр.; • стали и сплавы коррозийно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие. Из 50 марок этой группы сталей наиболее часто применяют для сварных изделий следующие стали: 12Х18Н9Т, Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 89 12Х18Н10Т; 12Х18Н9: 08Х18Н10; 20Х23Н18 - как лучшая для изготовления цементационных реторт в термическом производстве. Из стали Х20Н80, т. е. нихрома, делают спирали электронагревательные не только для быта (электроплиты и другие нагреватели), но и спирали для нагрева цементационных реторт и электропечей. Диаметры проволоки этих спиралей от 3 до 8 мм, и сварщикам зачастую приходится их сваривать при стыковке. В перечисленных группах сталей в качестве примеров приведены только некоторые марки, применяемые для сварных изделий. По прочности стали условно делят на три группы: • стали обыкновенной прочности (низкоуглеродистые); • стали повышенной прочности (низколегированные); • стали высокой прочности. В зависимости от содержания легирующих компонентов стали делятся на четыре группы: 1) углеродистые — легирующие элементы умышленно не вводятся; 2) низколегированные — суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%; 3) среднелегированные — легирующих компонентов от 2,5 до 10%; 4) высоколегированные — легирующих компонентов более 10%. • Углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода подразделяется на: • низкоуглеродистую — углерода до 0,25%; • среднеуглеродистую 0,25—0,6%; • высокоуглеродистую 0,6—1,7%. Свойства и качество стали оценивают по механическим характеристикам и химическому составу. Механические свойства стали характеризуют следующие основные показатели. 1. Предел текучести ст (сигма) — предельная удельная нагрузка (сила), до которой можно считать металл работающим упруго и пользоваться методами расчета прочности по упругой стадии металла. Предел текучести — это начало участка (точка) пластической стадии работы металла, его текучести, т. е. когда происходит удлинение без роста нагрузки. 2. Временное сопротивление (предел прочности) ол показывает удельную нагрузку, при которой происходит разрыв образца при растяжении. Усилие (нагрузка), отнесенное к единице площади 90 Сварочные работы поперечного сечения разрыва, — это и есть а§. 3. Относительное удлинение г (эпсилон) — отношение приращенной длины образца после разрыва к ее исходному значению. Относительное удлинение характеризует пластические свойства стали. 4. Ударная вязкость ак (альфа) — работа, затраченная на разрушение специального образца ударным изгибом. Ударная вязкость характеризует склонность стали к переходу в хрупкое состояние. Показатели ударной вязкости зависят от структуры стали, ее чистоты и однородности. 5. Изгиб в холодном состоянии на 1801 характеризует пластические свойства и склонность к образованию трещин. Влияние различных компонентов стали на ее свойства и свариваемость Углерод (У)* повышает предел текучести и временное сопротивление стали, однако уменьшает пластичность и свариваемость стали. Поэтому в сварных конструкциях применяются только низкоуглеродистые стали: (углерода до 0,25%). Кремний (С) раскисляет сталь, поэтому его количество возрастает от кипящей к спокойной стали. Он, как и углерод, но в меньшей степени, увеличивает предел текучести и временное сопротивление, но несколько ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и сильно снижает ударную вязкость. Вредное влияние кремния может компенсироваться повышенным содержанием марганца. Марганец (Г) увеличивает предел текучести и временное сопротивление стали, незначительно снижая ее пластические свойства и мало влияя на свариваемость. Медь (Д) несколько повышает прочность стали и увеличивает стойкость ее против коррозии. Избыточное (более 1,0%) содержание меди способствует старению стали (старение — см. ниже). Алюминий (Ю) хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, несколько повышает ее ударную вязкость. Азот (А) в несвязанном состоянии увеличивает хрупкость стали, особенно при низких температурах, и способствует ее старению. В химически связанном состоянии с алюминием, ванадием, титаном и ниобием азот, 1 Здесь и далее в скобках указано условное обозначение элемента в марках сталей. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 91 образуя нитриды, становится легирующим элементом, улучшающим структуру и механические свойства. Азота в металле шва содержится до 0,1%. Никель (Н), хром (X), вольфрам (В), молибден (М), титан (Т), бор (Р) являются легирующими компонентами, улучшающими те или иные механические свойства стали, а никель, кроме того, всегда улучшает и свариваемость сталей. Однако в сталях еще имеются неизбежные примеси, которые отрицательно влияют на механические и конструкционные характеристики. Фосфор резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, а также делает ее хладоломкой (хрупкой при отрицательных температурах). Допускается в сталях не более 0,08%. Сера несколько уменьшает прочностные характеристики стали и, главное, делает ее красноломкой, хрупкой и склонной к образованию трещин при температуре 800—1100*С, что влечет за собой появление сварочных трещин. Допускается в сталях 0,02— 0,06%, в некоторых до 0,01%. 92 Сварочные работ Кислород, водород и азот, которые могут попасть в расплавленный металл из воздуха и остаться там, ухудшают структуру и сва риваемость стали и способствуют увеличению ее хрупкости. В ста лях кислорода допускается не более 0,20%. В металле шва кислоро да, как правило, не более 0,05%, водорода — 3—20 см3/100 г. В зависимости от степени раскисления различают спокойг (СП), полуспокойную (ПС) и кипящую (К) стали. Остывание спо койной стали при разливе ее в изложницы происходит спокойно без бурного выделения содержащихся в ней газов и образовани газовых пузырей, приводящих впоследствии к внутренним поро кам и расслоению металла при прокате. Спокойная сталь име лучшую структуру и однородное строение. Эти показатели в по луспокойной и кипящей сталях соответственно ниже, поэтому дл ответственных конструкций с большими усилиями, а также пр знакопеременных и вибрационных рабочих нагрузках в узлах при меняют спокойную сталь, а в менее ответственных — полуспокойную и даже кипящую. По своей структуре низкоуглеродистая сталь является однородным кристаллическим телом, состоящим из зерен (кристаллов) фе^ рита, занимающих почти весь объе стали, а также перлитовых и цсменти- товых включений между зернами феррита и по его граням (рис. 26). Феррит представляет собой кристаллы чистого железа, он мягок и пла стичен, предел его текучести равен примерно 10 кг/мм2, а предел прочности — 25—30 кг/мм2, относительное удлинение очень высокое — около 50%. Феррит очень Рис. 26. Микроструктура магнитен при температуре до! 768*С. низкоуглеродистой стали, Цементит представляет собой химиполученная на шлифе путем ческое соединение железа с углеродом Fe,C его травления: зерна феррита — светлая окраска, перлиты (карбид железа). Цементит очень тверд, и цементиты — темная прочен и упруг Его предел проч-. мости — 80—100 кг/мм2, а удлинение; Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 93 всего 1%. При температуре более 210*С цементит немагнитен. Цементит неустойчив, особенно при высоких температурах в высокоуглеродистых сталях, в низкоуглеродистых — устойчив, считается самостоятельным компонентом. Перлит (от французского — жемчуг) является смесью цементита с ферритом, образующимся по границам зерен феррита. Механические характеристики перлита занимают среднее положение: предел прочности — 60—80 кг/мм2, удлинение — 5—20%. Вкрапления и прослойки перлита, обволакивая зерна феррита, создают как бы жесткую и упругую «сетку* вокруг мягкого и пластичного феррита. Такое строение стали объясняет ее работу под нагрузкой и ее пластические свойства. Структура низколегированных и среднелегированных сталей похожа на структуру низкоуглеродистой стали. Прочностные свойства низкоуглеродистых сталей повышаются благодаря введению различных легирующих элементов, которые входят в твердый раствор с ферритом стали и этим его упрочняют. Некоторые легирующие добавки, кроме того, образуют различные карбиды и дополнительно упрочняют сетку прослоек между зернами феррита. Для металла шва и участка перегрева зоны термического влияния (ЗТВ) углеродистых и низколегированных сталей характерна так называемая видманштеттова структура, т. е. структура феррито-перлитовая с игольчатой формой феррита. Такая же структура наблюдается при сильном перегреве стали и крупнозернистости — в литых изделиях и изделиях, сильно перегретых в процессе горячей обработки. Старение металлов — это изменение свойств металлов вследствие внутренних процессов, обычно протекающее замедленно при комнатной температуре (естественное старение) и более интенсивно при повышенной температуре или после холодной деформации (искусственное старение), например чеканка. Чаще всего под термином «старение металлов» подразумевают изменение свойств сплавов в результате распадения перемешенных твердых растворов — так называемое дисперсионное твердение. Способность ряда сплавов к старению позволяет получить материал с очень высокими физическими характеристиками — твердостью, прочностью. 94 Сварочные рабо 3.2. Свариваемость сталей Сварка — это сочетание нескольких одновременно протекающих процессов: взаимная кристаллизация металлов, тепловое воз* действие на металл в зоне термического влияния и кристаллиза ция шва. • Свариваемость характеризуется способностью изменять свой-* ства шва и сварного соединения по сопоставлению со свойствами основного металла, способностью к взаимной кристаллизации. . Критерием хорошей свариваемости является способность сохранения сварным соединением специальных физических, механических свойств — равнопрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, антифрикционности, вязкости и т. д. Свариваемость различных металлов и сплавов неодинакова. Свариваемость — это способность металлов и сплавов образовывать соединение с помощью сварки без трещин, пор и других дефектов. Оценка свариваемости — это склонность сварного соединения к образованию трещин закалочных структур и других структурных изменений в ЗТВ. Свариваемые металлы должны иметь близкие физические, механические, термические, химические свойства, близость коэффициентов термического линейного расширения металлов в стыке. При определении свариваемости исходят из физической сущности сварки и отношения к ней металлов. Степень свариваемости металла считается более высокой, если для сварки можно применить различные ее способы и различные режимы при каждом способе, как, например, у низкоуглеродистой стали. Взаимная кристаллизация в принципе всегда возможна, если металлы однородны. Для качественной сварки металлы должны обладать свойствами принципиальной (физической) свариваемости и технологической свариваемости. Единого показателя свариваемости металлов нет. Принципиальная, или физическая, свариваемость — это способность металлов в условиях сварки образовывать соединение на основе взаимной кристаллизации. Принципиальной свариваемостью обладают все однородные металлы. Не свариваются металлы, не обладающие взаимной растворимостью, они образуют не межатомные связи, а хрупкие химические соединения. Например, свинец и медь образуют несмешивающиеся пары. Необходимо также условие сходности металлов, например, по атомному Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 95 весу, температуре плавления и др. По этим причинам не свариваются алюминий и висмут. Медный сплав и титан, а также сталь и титан не обладают взаимной растворимостью, но задача их соединения решена с применением металловставок, например, медь + тантал + титан; титан + ванадий + сталь. Металл вставки образует смешивающиеся пары с обеими свариваемыми металлами. Но принципиального соединения еще мало, так как нужно еще и качество по прочности. При соединении сваркой нссмешивающихся металлов, например, железа со свинцом, меди со свинцом и других, зоны сплавления и атомного сцепления не будет, произойдет лишь «слипание* металлов. Технологическая свариваемость — совокупность свойств основного металла, определяющих чувствительность его к термическому циклу сварки и способность при данной технологии сварки образовывать сварное соединение надлежащего качества по прочности и вязкости без применения специальных технологических приемов (подогрева, отжига и т. д.). Технологическая свариваемость в свою очередь подразделяется на тепловую (отношение металла к тепловому воздействию) и металлургическую технологическую свариваемость, которая учитывает отношение металла к плавлению, металлургической обработке и кристаллизации. Учитывается как критерий свариваемости окисляемость металла, стойкость к горячим и холодным трещинам. Особого внимания заслуживает участок перегрева в ЗТВ — как самая ослабленная область в сварном соединении. Она на1ревается до температуры 1100— 1400°С, поэтому структура металла в этой зоне — крупнозернистая с пониженными механическими свойствами (пластичностью и ударной вязкостью). Эти свойства тем ниже, чем крупнее зерно и шире зона перегрева (как у газовой сварки). Оценочным показателем свариваемости металлов служит сопротивляемость к образованию горячих и холодных трещин, которые описаны в предыдущем разделе при рассмотрении кристаллизации металла шва. Существует много методов оценки свариваемости, применяемых в машиностроении и описанных в литературе, но они распространяются на однородные и, главным образом, стальные материалы. Все они имеют одну основную цель — оценить свариваемость металлов по стойкости против образования горячих и холодных трещин и склонности образовывать закалочные структуры в зоне термического влияния (ЗТВ). На состояние ЗТВ влияет содержимое химических элементов в стали, особенно углерода. Для определения свариваемости металлов используются в основном два 96 Сварочные работы метода: моделирование условий работы сварного соединения, близких к реальным, с изготовлением образцов соединения, и пробы — испытание при сварке либо после сварки, с оценкой свариваемости, технологические пробы и т. д. Косвенные, количественные методы оценки свариваемости по химическому составу металла. До сих пор не существует достаточно надежной и достоверной единой системы определения свариваемости металлов. В практической деятельности удобно пользоваться марочниками сталей и сплавов, в которых в разделе технологических свойств на каждую марку сталей приводятся и сведения о свариваемости, способах и условиях сварки. В практике используется четыре вида испытания металла на свариваемость. 1. Определение стойкости металла шва против образования горячих (кристаллизационных) трещин. 2. Определение стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин. 3. Испытание стойкости основного металла и металла околошовной зоны и шва, а также всего сварного соединения в целом, против перехода в хрупкое состояние (охрупчивание). 4. Проверка соответствия сварного соединения специальным заданным свойствам служебного характера. Общее число методов испытаний по этим четырем направлениям достигает более 150. Идея (принцип) метода технологических проб состоит в том, что кристаллизация проходит в состоянии пластин, закрепленных разными конструктивными приемами. При этом склонность к трещинам определяется наглядно. Для исключения ошибки выводы делаются по трем образцам. Заслуживает внимание еще метод МВТУ им. Баумана, когда сварка стыка выполняется одновременно с медленным растягиванием пластин. Этим выявляется критическая скорость растяжения образца, при которой появляются трещины горячие и устанавливается стойкость металла (в мм/с) к образованию горячих трещин. В остальных методах напряжение растяжения создается за счет усадки металла. Все остальные методы в основном моделируют условия работы сварного соединения. Косвенные методы оценки свариваемости металлов (количественные) заключаются в оценке количества углерода и легирующих элементов в стали, Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 97 и полученное количество сопоставляется с так называемым эквивалентным содержание углерода С5к> по которому оценивают свариваемость. Формул для определения Сэк> до десятка, и достоверность их, в принципе, весьма относительная, так как формулы эти эмпирические, т. е. без вывода. Вот некоторые из них: 1) = С + Мп/6 + Сг/6 + Si/5 + Cu/7 + Р/2 + Ni/12 + Мо/4 + + V/5. Это уточненная формула для всех сталей, т. е. общепринятая формула. 2) ДЛЯ малоуглеродистых сталей: = С + Мп/6 + 0,0245, где S — толщина свариваемой кромки (наибольшей) (по разработке Челябинского политехнического института (ЧПИ, ныне ЮрГУ). 3) Для легированных сталей (по ЧПИ): = с + Mn/20 + Ni/15 + (Сг + Mo + V)/10 + 0,0248 5, где S — толщина металла. 4) Для различных сталей (по К. К. Хренову): С,*. * С + Мп/6 + Сг/3 + Ni/15 + V/5. 98 Сварочные pa6oi 5) Cw * С + Mn/6 + (Сг + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 - всех марок сталей (по журналу «Сварочное производство*;! 1969, № 5.). Во всех формулах количество указанного элемента дается в процентном содержании, затем выполняется вычисление. При С_ < 0,45 — свариваемость хорошая для легированных ста-’ лей. При < 0,49 — свариваемость хорошая для низкоуглеродистых сталей. При Сэв > 0,45 до 0,5 — свариваемость удовлетворительная и требуется подогрев. При > 0,5 до 0,6 — свариваемость ограниченная, требуются подогрев и отжиг, или нормализация. При > 0,6 до 0,8 — свариваемость плохая. В общем случайно свариваемости все стали условно подразделяют на четыре группы. 1. Хорошо сваривающиеся —'до 0,3% углерода. 2. Удовлетворительно сваривающиеся -^до 0,38% углерода. 3. Ограничено сваривающиеся — до_0,48% углерода. 4. Плохо сваривающиеся — свыше 0,48% углерода. Как видно, основным критерием этого разделения является количество углерода (не эквивалента углерода). Углерод влияет на склонность к закалочным структурам в околошовной зоне и на образование холодных трещин при наличии таких структур. Для получения качественного сварного соединения из сталей с плохой свариваемостью необходимо применять различные специальные технологические приемы, например различные виды термообработки (подогрев, отжиг, нормализация, отпуск) как перед сваркой, так и в процессе сварки и после нее. При оценке сталей на свариваемость учитывают следующее Углерод увеличивает твердость и уменьшает пластичность, приводит к закаливаемости ЗТВ и к появлению трещин, к увеличению количества газовых пор в процессе окисления при сварке. Марганец — при содержании до 1% не ухудшает свариваемость и не затрудняет сварку. В качестве хорошего раскислителя он способствует уменьшению содержания кислорода в стали. Однако при содержании более 2,5% свариваемость ухудшается, так как повышается твердость стали, появляются закалочные структуры, могут быть трещины. Кремний — до 1% вводится как раскислитель и не влияет на свариваемость. Но при содержании кремния более 2,5% свариваемость ухудшается, так как образуются тугоплавкие оксиды, ведущие к появлению шлаковых включений, повышаются прочность и твердость, а вместе с этим и Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 99 хрупкость. Хром — до 0,6% не отражается на свариваемости. При содержании хрома более 1% свариваемость ухудшается и особо при повышении содержания углерода. Никель — в обычных углеродистых сталях никеля до 0,3%, а в высоколегирующих — до 28%. Никель, вместе с прочностью, повышает и пластичность металла сварного соединения и не ухудшает, а даже улучшает свариваемость. Молибден — в сталях от 0,5 до 3% существенно увеличивает прочность и ударную вязкость стали, но ухудшает свариваемость, повышает склонность к образованию трещин в шве и переходной зоне. Медь — содержание ее в сталях до 1% улучшает свариваемость, повышает их прочность, пластические свойства, ударную вязкость и коррозионную стойкость. 3.2.1. Сварка малоуглеродистых сталей Сварка малоуглеродистых сталей не создает особых трудностей. Перед сваркой зачищают торцы кромок и околошовную зону на ширину 20 мм от всяких загрязнений и ржавчины. Очистку кромок выполняют различными способами, но чаше — механическим путем: металлическими щетками, напильником, абразивными кругами и пневматическими машинками (ручными). Хорошие результаты по зачистке и безопасности дает применение армированных шлифовальных кругов диаметром 180 мм, с зерном НА по ТУ2-036799-82. В зависимости от толщины свариваемых элементов и степени ответственности изделия в зоне сварного шва делается разделка кромок или одной кромки. Это необходимо для обеспечения глубины провара по всему сечению шва при большой толщине кромок 100 Сварочные работ или при малой мощности источника тепла, что облегчает формирование шва при возможно большом объеме сварочной ванны. Разделка (скос) кромок позволяет «опустить» сварочную вань вниз для обеспечения провара корня шва. На кромках оставля* притупления для предотвращения прожогов. В процессе сборки сва риваемых деталей между кромками (торцами притуплении) оставляют зазор, нужный для приближения дуги к притуплению, а такж для уменьшения внутренних напряжений при более свободном процессе усадки во время остывания металла шва. Чрезмерно больший зазоры приводят к повышенной деформации при усадке шва и внутренним напряжениям, иногда — к появлению горячих трещин. Это относится и к нахлесточным соединениям. Угол раскрытия фаски (разделки кромок) для сварки в углекислом газе меньше, чем для сварки ручной, так как доступ к корню шва проволокой диаметром от 1,2 до 2,0 мм намного лучше, чем для электрода с обмазкой. За счет этого, кроме высокой производительности процесса, повышается экономичность сварки в С02. Конструктивные формы и размеры отдельных элементов кромок установлены стандартами на конкретный способ сварки. Этим создаются условия, при которых будет обеспечено необходимое качество шва при минимальном сечении разделки, так как станочной обработкой фаски (скосы) бывает снять проще и быстрей, чем позднее восстановить сваркой металл, образовывая шов. Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку также указаны в ГОСТ на каждый конкретный способ сварки. Государственные стандарты содержат основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений: • ГОСТ 5264-80 — для ручной дуговой сварки; • ГОСТ 8713-79 — для автоматической сварки под флюсом; • ГОСТ 14771-76 — для дуговой сварки в защитных газах; • ГОСТ 15164-78 — для электрошлаковой сварки; • ГОСТ 15878-79 — для элекгроконтактной сварки и др. По расположению в пространстве швы бывают (рис. 27): • в нижнем положении — до угла наклона ~ 60е; • вертикальные — на вертикальной плоскости - от 60° до 120’; Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 101 • потолочные ~ от 120* до 180*; • горизонтальные — на вертикальной плоскости. Элементы режима сварки — это совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов, заданных размеров, формы, качества рис. 28). Режимы сварки подразделяются на основные и второстепенные (дополнительные). К основным элементам режима относятся: диаметр электрода, сила тока, напряжение на дуге, скорость сварки, род тока, полярность, а для сварки в углекислом газе — еще и вылет электрода. К дополнительным: величина наклона электрода, исходная температура изделия (для легированных сталей), тип и марка покрытого электрода. Выбор режима при дуговой сварке часто сводится к определению диаметра электрода и величины сварочного тока, а скорость сварки сварщик задает практически, с учетом вида и формы соединения, толщины кромок, положения шва в пространстве, марки электродов. Диаметр электрода зависит от толщины металла, положения шва в пространстве, катета или размера шва. При сварке в нижнем положении выбор диаметра электрода зависит от квалификации сварщика, его умения управлять сварочной ванной нужного объема. Ориентировочно для толщины металла 1—3 мм берут электроды диаметром 3 мм. Электроды диаметром 2 мм выпускаются редко и в малых объемах, поэтому широкого применения не имеют, хотя обеспечивают хорошее качество сварки тонких металлов — 0,5—1,0 мм, например электроды АНО-21 Каменского опытно-механического завода Ростовской области. При сварке толщины 4—8 мм применяют электроды диаметром 4—5 мм. При сварке толщины более 10 мм применяют электроды 4—6 мм. Для 102 Сварочные работы тавровых соединений не рекомендуются и, как правило, не применяются размеры катета шва более 16 мм. При сварке вертикальных и горизонтальных швов диаметр электрода — 3—4 мм и реже 5 мм. Сварка потолочных стыковых швов с разделкой кромок является самой сложной операцией и требует большого навыка и высокой квалификации сварщика, хотя сварка потолочных тавровых швов намного проще и длительной тренировки от сварщика со стажем не требует. Необходимо лишь правильно подбирать силу тока. Если она занижена даже немного, то хорошего формирования и качества шва не будет. При силе тока, немного увеличенной относительно нормальной, неприятностей значительно меньше, так как на перенос металла электрода в шов заметно влияют электродинамические силы (кроме прочих), а их величина зависит от величины сварочного тока. Если катет более 6 мм, то лучше и легче выполнять потолочные швы не в один слой. Расплавленный металл ванны при потолочных швах удерживается только поверхностным натяжением. Для сварки потолочных швов применяют электроды диаметром 3—4 мм. Производительность сварки зависит от коэффициента наплавки электродов а н и от сварочного тока. С увеличением любого из этих показателей увеличивается производительность. На этикетках к упаковкам (пачкам) электродов указываются рекомендательные режимы сварочного тока для различных пространственных положений шва. Учитывая свой производственный опыт, автор рекомендует величину сварочного тока устанавливать на 10% больше указанной на этикетке к электродам. Это улучшит провар, формирование шва, качество и производительность. Ток для потолочного шва таврового должен быть почти таким же, как ток для шва в нижнем положении. При несоблюдении этих закономерностей сварщик может не Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 103 понять важность тока и не сумеет освоить сварку потолочных швов хорошего качества. При сварке таврового потолочного шва нельзя манипулировать дугой поперек шва, а нужно образовать хорошую ванну и держать ее давлением дуги, чуть двигая дугой вдоль шва. Наклон электрода, по отношению к шву и потолочной плоскости имеет большое значение. Для вертикального шва ток берут такой, при котором должен быть провар, сварка должна выполняться почти без отрывов и гашения дуги, и чтобы жидкий металл не вытекал из сварочной ванны. Это нетрудно выполнить после тщательной тренировки. Здесь высоко ценится профессионализм сварщика. Возможность сварки швов в потолочном, а также вертикальном положении объясняется действием электродинамических сил электрополя, влиянием давления газов в дуге по переносу капель электродного металла в ванну и действием сил поверхностного натяжения по удержанию этих капель в ванне. Чем меньше силы поверхностного натяжения расплавленного металла, тем металл будет более жидкотекучий, и выполнить сварку такого металла с вертикальными и потолочными швами не удастся, например, меди, чугуна и др. Величина сварочного тока всегда определяется по опытным формулам, например: ь н с h Рис. 28. Характеристика сечения шва: Ь — ширина шва: h — глубина проплавления (провара): с — высота валика; Н — толщина шва 104 Сварочные работы Это основная, более точная формула, где i — удельная плотность тока, равная 8,5—20 А/мм2. Нижний предел обусловлен условиями устойчивости горения дуги, т. е. ниже 8,5 А/мм2 дуга горит неустойчиво. Верхний предел ограничивается предельно допустимой температурой нагрева электрода, так как при большей температуре происходит растрескивание и оплавление обмазки, и повышается электросопротивление. Плотность тока приведена в табл. 1. При прочих равных условиях электроды больших диаметров имеют худшие условия теплоотвода. На величину / влияет состав покрытия электродов и электропроводность стержней и покрытия, особенно при сварке электродами с хромово-никелевым стержнем, у которого низкая электропроводность и теплопроводность, что приводит к сильному разогреву стержня. Более упрощенная эмпирическая (без вывода) формула: L = * d,, где к = 40—60, d% — диаметр электрода. Величина сварочного тока является важной для процесса сварки и, как правило, уточняется сварщиком практически с учетом конкретных условий, поскольку на многих источниках сварочной дуги, особенно переменного тока, если и имеются указатели тока, то показания приближенные. Напряжение на дуге при ручной сварке не устанавливается, а обеспечивается электрической характеристикой источника питания дуги и находится в пределах 20—26 В на дуге, и изменяется само, в зависимости от изменения длины дуги при оплавлении электрода. Таблица 1 Допускаемая плотность тока Допускаемая плотность тока /, А/мм2 при диаметре электрода в мм 4 3 5 6 Вид покрытия Рудно-кислое, рутиловое Фтористо-кальциевое 14—20 13—18,5 11,5—16 10-14,5 10—13,5 9-12 9,5—12,5 8.5—12 Важным показателем процесса сварки является величина погонной энергии ^пог. Она характеризуется площадью поперечного сечения шва, скоростью сварки и служит тем обобщающим показателем, который определяет пригодность соединения к рабочим нагрузкам. Чем она меньше, тем выше надежность. ?пог = 9/va = 0,24 • /„ • идлууа, где q — общая тепловая энергия от сварочной дуги, vc> — скорость сварки, / в Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 105 — величина сварочного тока, т)д — КПД сварочной дуги конкретного способа сварки (ручная, автоматическая и т. д.), Ua — напряжение на дуге, 0,24 — коэффициент перевода из электротехнических единиц в тепловые — 0,24 кал/Вт • с. Из формулы видно, что величина погонной энергии, при прочих равных условиях, зависит от скорости сварки. Еще проще формула погонной энергии (вывод не излагается для сокращения материала): где А — 14500 для стали; F— площадь поперечного сечения шва. Скорость ручной дуговой сварки можно определить по формуле: vc.= KH /c./p-/*-3600 [см/с], где Кн — коэффициент наплавки [г/а * ч], р — удельный вес металла [г/см3], — величина сварочного тока [A], F— площадь попереч ного сечения шва [см2], 3600 — перевод 1 ч в секунды, так как итог в см/с. Чем меньше ve, тем шире шов и глубже провар и, если ток сильно завышен, то под влиянием давления столба дуги, расплавленный металл вытесняется из-под основания дуги и может произойти прожог (проплавление). Техника сварки Теоретическими описаниями технике сварки обучить невозможно. Даже приступая к практическому обучению, сварщик не станет хорошим специалистом, пока не поймет и не освоит основы правильного ведения процесса сварки. «Неправильно* обученный сварщик трудно поддается переучиванию. Сварщиков вообще много, а хороших — не очень. Это в какой-то мере зависит и от индивидуальных способностей человека. Следующая особенность: из хорошего электросварщика всегда после обучения получается хороший газосварщик, а из газосварщика — не всегда. Это подтверждается опытом обучения сварщиков и немалым производственным опытом автора. Учитывая, что сварщики в большинстве своем по культуре производства уступают рабочим станочных профессий (более небрежны), настоятельно рекомендуется не пренебрегать ни одним из нижеперечисленных правил (советов), так как все они важны и каждый по-своему. В сварке мелочей не бывает. Гл а в н о е : 106 4. 5. 6. 7. Сварочные работы 1. Следует работать только стандартным элсктрододержателем (рычажным — ГОСТовским). Это особенно важно при работе на монтаже, стройке и т. п., когда при выбивании огарка электрода из уродливого трехрожкового (самодельного) электрододержателя огарок вылетает в непредсказуемое место и может даже вызвать пожар. Это очень опасно. При использовании самоделок заметно ухудшается площадь токосъема на электроде, больше нагрев, так как практически электроконтакты точечные. Неудобно устанавливать наклон электрода в электрододержателе из-за подгорания контактов и шероховатости губок самоделки. 2. Электропровод к электрододержателю должен быть не более 35 мм 2 в сечении, чтобы была хорошая гибкость для манипулирования при управлении процессом сварки. Если при сварке провод электрододержателя нагревается более чем на 80°С, то можно подсоединить еще один такой же держатель к сварочному проводу и работать ими поочередно, или подвести к держателю двойной тонкий провод. Это лучше, чем один толстый, так как не ухудшится гибкость. 3. Подвод «массы» — второго провода к изделию должен быть как можно лучше, с зажимом и большой площадью контакта с изделием. Элсктроконтакг сильно влияет на величину изменения сварочного тока от нагрева при сварке. Нужно помнить, что переменный ток проходит только по поверхности проводников, а постоянный — по всему поперечному сечению. Категорически запрещав гея выполнять сварку без защитного светлого стекла, так как брызги на темном стекле, после их удаления, образуют локальные утонения стекла с потерей им защитных свойств. Подобные случаи приводили к потере зрения до 80% и инвалидности. Необходимо обеспечить четкую свободу манипуляций руки с электрододержателем, перебросив часть электропровода на свободную руку в сгиб локтя и оставив свободный конец с электрододержателем, примерно равным 1 м. Этот прием не позволит свободным болтающимся концам провода «подталкивать* руку сварщика при работе, как подталкивают руку при письме. Зажигание дуги нужно выполнять касательным движением торца электрода по изделию. Необходимо научиться различать в расплаве ванны шлак и жидкий металл. Без этого навыка дальнейшая отработка навыков и приемов сварки невозможна. Ванна должна быть свободна от шлака, а шлак должен оттесняться давлением дуги на шов. Это особенно важно при Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 107 сварке стыков с разделкой кромок. 8. Управляя расплавом ванны, нельзя делать резких движений торцом электрода, иначе будут получаться уступы в остывшем металле шва, а не мелкочаешуйчатость. Надо избегать резких поперечных колебаний, процесс вести, не нарушая целостности ванны и не теряя ее. 9. Необходимо выбирать такое направление шва при сварке, чтобы не уменьшать самим электродом видимость ванны. 10. Образовав сварочную ванну, вести ее следует по стыку плавно, спокойно, не прерывая и с нужной скоростью сварки. Управлению сварочной ванной при необходимом навыке автоматически подчиняются все манипуляции руки сварщика. 108 Сварочные работы 11. Длина дуги выбирается равной от 0,5 до 1,1 от диаметра электродного стержня (проволоки), и чем больше диаметр электрода, тем больше длина дуги. 12. Надо выдерживать наилучший наклон электрода к шву, чтобы хорошо и производительно формировать его. Соблюдая изложенные правила, рабочий достаточно быстро освоится с управлением процессом сварки, а после приобретения достаточных навыков станет хорошим сварщиком. Сварка низкоуглеродистых сталей не представляет особых технологических трудностей. Основное движение торца электрода из многих рекомендуемых — полумесяцем, иногда с небольшой задержкой по углам, но не нарушая общую целостность ванны. О последовательности наложения швов изложено в разделе «Деформации и внутренние напряжения*. При больших сечениях швов лучше применять многослойную сварку, достоинства которой состоят в следующем: 1. Малая погонная энергия при тех же режимах. 2. При малом объеме металла скорость охлаждения металла повышена, и размер зерен уменьшается, улучшая качество шва. 3. Химический состав металла шва близок к химическому составу основного металла из-за расплавления незначительного количества основного металла. 4. Каждый последующий шов (слой) термически обрабатывает металл предыдущего слоя, металл шва образует при этом мелкозернистое строение с повышенной пластичностью и вязкостью. При сварке таврового соединения угловые швы катетом более 8 мм рекомендуется выполнять многослойными, а последующие швы — прямо по шлаку с равномерным перемещением дуги. Получаются хорошие результаты, шов ровный, без подрезов. Для этого нужны ток больше обычного и навык. Указанный способ хорошо проверен практикой. Окончание шва должно быть с заполненным кратером (движением на шов), но лучше, когда кратер выведен от шва в сторону, либо на технологическую пластину. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 109 Техника сварки горизонтальных и потолочных швов (рис. 29). Особо нужно отметить сварку в отверстиях — электрозаклепками, или в прорезах — при нахлесточном соединении. В этих соединениях образуются сравнительно большие внутренние напряжения. Исключительно важны диаметр отверстия или ширина прорези в верхнем элементе, и наличие усиления шва, иначе в центре электрозаклепки создастся напряженное состояние. Стандартом рекомендуется наименьший диаметр отверстия — не менее двух толщин верхнего элемента, но это не гарантирует надежный провар и качество. Диметр отверстия должен быть не менее 3,5 толщин металла, чтобы была возможность наложить T—jP3 качествен ный шов с катетом — Vшг (рис. 30), а нс заплавлять отверстие. Эта рекомендация проверена и была применена автором на ответственных конструкциях. В сварных конструкциях не должно быть вогнутых швов, так как они провоцируют внутренние напряжения, а иногда и вызы- б Рис. 29. Положение и движение электрода при сварке в горизон- 110 Сварочные работы тальном (а) и потолочном (б) положении швов зона шшж Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 111 Рис. 30. Электрозаклепочные швы Рис. 31. Сечение вают появление горячих трещин, исходя из закономерностей остывания металла. На рис. 31 пунктиром показана линия 2—2 контура шва после остывания (усадка шва) с выпуклостью. Видно, что пунктирная 2—2 короче, чем сплошная линия горячего металла 2—2 и усадка пройдет без последствий. Вогнутый шов имеет сплошную линию 1—1, которая короче, чем пунктирная 1—1. Поскольку пунктирная линия длиннее, металл при остывании будет растягиваться, а не сжиматься, провоцируя внутренние напряжения или образуя горячую трещину, т. е. при кристаллизации. Это особо важно при сварке легированных сталей. 3.2.2. Сварка угольными электродами Ранее этот способ называли сваркой по Бенардосу, так как этот способ предложил Н.Н. Бенардос. Сейчас этот способ применяется редко, а для некоторых материалов и соединений он мог бы быть незаменимым. У сварки угольным электродом есть недостатки, но есть и достоинства, заслуживающие внимания. Для сварки и наплавки угольными электродами применяется обычно постоянный ток прямой полярности (минус на электроде). Дуга прямой полярности не науглероживает основной металл. Дуга обратной полярности (+ на электроде) интенсивно науглероживает расплавленный металл, повышая в нем содержание углерода до 0,8—1,0%. Такой шов может подвергаться закалке, но применения в промышленности это янле- Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 112 ние до сих пор не нашло. Дуга обратной полярности малоустойчива и длина се может быть 10—15 мм, хотя для процесса бывает нужна более длинная. Электрод при обратной полярности сильно разогревается по всей длине до очень высокой температуры, усиливается его испарение, заостренный конец электрода притупляется и становится плоским. Дуга с (-) на электроде горит очень устойчиво и может иметь длину до 30—50 мм. Электрод не плавится в дуге, его конец разогревается до высокой температуры, создавая мощную термоэлектронную эмиссию, способствующую устойчивому горению дуги при токах 5—10 А. Электрод медленно испаряется и не прилипает, к детали, это облегчает работу сварщика. Угольная дуга переменного тока неустойчива и применяется редко. В процессе сварки угольная дуга способна отклоняться под действием магнитных полей, поэтому для стабилизации применяют пасты или флюс, содержащие хорошие ионизаторы дугового разряда и другие способы. Сварка чаще всего применяется без присадки Рис. 32. Сварка — по отбортовке тонких металлов и иногда по по отбортовке угловым соединениям (рис. 32). Это удобнее и выгоднее, нежели применять присадку. Хотя КПД этой дуги ниже, чем у металлического электрода, скорости сварки достигались сравнительно высокие — до 60 м/ч сварного шва. Для сварки угольной дугой применяют электроды из электротехнического угля, т. е. из прессованного коксового порошка, обожженного при температуре 1400“С, или из синтетического графита в форме стержней диаметром от 6 до 30 мм и длиной 200—300 мм с концами, заточенными на конус под углом 60—70°. Графитовые электроды лучше угольных практически во всем, в том числе по своей доступности, так как их легко изготовить из остатков (отходов) электродов дуговых электроплавильных печей. Они хорошо поддаются обработке. Специально изготовленные графитовые электроды иногда имеют омедненную поверхность (фольгу), поэтому их стойкость повышается при работе на больших плотно 113 Сирочнт работы стях тока. Графитовые электроды имеют меньшую твердость, лучшую электропроводность (так как их электросопротивление в 4 раза меньше сопротивления прессованного угля), высокую стойкость окисления на воздухе при высоких температурах. Это позволяет использовать их для сварки на больших плотностях тока со сравнительно низким расходом электродов. Для сварки под угольные электроды необходимо использовать стандартизованный (ГОСТовский) электродержатель, чтобы обеспечить хороший электроконтакт (не точечный). Следует отметить, что этот способ сварки забывается незаслуженно, так как целесообразность его применения в отдельных случаях неоспорима, в особенности для науглероживания и нанесения порошковых специальных покрытий, а также для сварки по отбортовке тонких металлов и для сварки цветных металлов дугой косвенного действия, т. е. когда дуга горит между двумя угольными электродами на переменном токе. Дуга косвенная выдувается собственным магнитным полем на длину 100—150 мм. В зависимости от угла между электродами зона дуги имеет температуру от 6000*С в столбе и до 900*С в конце факела дуги. Такой дугой можно сваривать легкоплавкие металлы малых толщин, выполнять пайку твердыми припоями, нагревать металл без расплавления, нагревать и сваривать стекло, кварц, керамику. 3.2.3. Сварка углеродистых сталей Для сварных изделий применяются в основном среднеуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,45%. Трудности сварки таких сталей заключаются в обеспечении необходимого термического цикла для улучшения ЗТВ. Сварку этих сталей выполняют с дополнительными технологическими приемами термического воздействия и с обеспечением замедленной скорости охлаждения — не более 50е в секунду, чтобы не допускать образования трещин. Термические воздействия (подогрев и т. п.) должны учитывать и температуру окружающего воздуха, чтобы скорость охлаждения была медленной. Чем больше углерода в стали, тем выше должна Глава 3. Оборудование тохнология сварки и рмки 114 быть температура предварительного подогрева. Подогрев выполняется симметрично сварному шву на ширину 50—80 мм от оси шва до температуры 100—200*С. Тип электрода для сварки по прочности должен быть не ниже прочности основного металла, например, УОНИИ 13/45, УОНИИ 13/55, УОНИИ 13/65 и другие электроды. При механизированных способах сварки нужно применять проволоку малых диаметров (например, 1,2 мм) с минимальной погонной энергией. Большая глубина проплавления для таких сталей (например, сварка под флюсом) неприемлема, так как происходит оплавление основного металла в больших объемах, при этом большом усложняется, строже режимы сварки и при малейших отклонениях ухудшается качество. Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,48—0,7%, как правило, не применяются для сварных конструкций, как непригодные. Из этих сталей изготовляют различные детали, которые подвергаются наплавке для повышения износостойкости, как новые, так и при восстановлении (ремонтные), например, валки прокатных станов, подкрановые колеса мостовых кранов и т. д. 3.2.4. Сварка легированных сталей Стали, содержащие легирующие элементы, которые отсутствуют в обычных сталях или имеют малое их содержание, называются легированными. Приобретая новые качества от легирования, они способны воспринимать высокие нагрузки, противостоять действиям агрессивных сред и высоких температур. По назначению легированные стали делятся на группы: 1. Конструкционные, или с повышенной прочностью. 2. Жаропрочные. 3. Нержавеющие. 4. Жаростойкие. Жаропрочные — сохраняющие прочность при высоких температурах. Жаростойкие — стойкие против образования окалины (окалиностойкие при высоких температурах — до 900*С). По степени легирования стали делятся на 3 группы. 1. Низколегированные — с содержанием легирующего элемента до 2%, а суммы всех легирующих — до 5%. 2. Среднелегированные — с содержанием одного легирующего элемента — 2—5%, а суммы всех легирующих — 5—10%. У металлургов нет разграничения на среднелегированные стали, а у Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 115 сварщиков — есть, так как важна свариваемость. 3. Высоколегированные стали — содержание одного легирующего элемента 5—10%, а сумма всех легирующих — более 10%. Влияние легирующих элементов на прочность ав и текучесть ат определили металлург и предложили формулу для определения этих показателей по химсоставу: а - 23 + 70С + 8Mn + 9,2Si + 7,4Сг + 3,4Ni + 5,7Cu + + 32V + 54Ti + 46P + [2,1-0,14(h - 5)] кг/мм2, ат = 12,4 + 28C + 8,4Mn + 5,6Si + 5,5Cr + 4,5Ni + 8Cu + + 36V + 77Ti + 55P + [3,0—0,2(h - 5» кг/мм2. В этих формулах числа перед символами — это коэффициенты упрочнения. Вместо символа (обозначающего элемента) ставят содержание элемента в %. Многочлен в [ [ представляет поправку на толщину И металла. Эти формулы дают хорошую сходимость результатов с фактическими для низкоуглеродистых сталей при толщине И - 5—20 мм Технология сварки низколегированных сталей. Низколегирован ные стали содержат до 0,23% углерода, имеют легирующие добав и иногда называются сталями повышенной прочности. Низколегированные жаропрочные стали имеют легирующи элементы — молибден, вольфрам, ванадий. Разработка марок легирующих сталей выполняется по принци пу обеспечения хорошей свариваемости. Широкое применение име ют стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД и многие другие. Особенности сварки низколегированных сталей. Они себя ве себя при сварке так же, как и низкоуглеродистая сталь, но име ются отличия при действии термических циклов. 1. Больше склонность к росту зерна в околошовной зоне, особенно при перегреве. 2. Более склонны к подкалке при повышенных скоростях остывания. 3. Стойкость металла шва против образования горячих трещин ниже из-за наличия легирующих элементов. 4. Чувствительность к концентраторам напряжений и даже к тепловым «ожогам*. Эта группа сталей (низколегированных) при сварке имеет незначительное отличие от низкоуглеродистых сталей. Оно заключается в правильном выборе электродов, флюсов и присадочного электродного материала, с учетом прочностных характеристик стали, и в уменьшении погонной тепловой энергии при сварке. 116 Сварочные работы Q^=QJ^ = (WUV'/V Техника сварки такая же, как и для низкоуглеродистых сталей, но сварщик должен быть более высокой квалификации (разряда). Qmr — погонная тепловая энергия (берется из таблиц) в кал/см, в среднем Qnot = 8000/23000 кал/см в зависимости от марки свариваемой стали, — скорость сварки, Q — эффективная тепловая энергия, /в — величина сварочного тока, 1ГЯ — рабочее напряжение дуги, т)д — КПД дуги, 0,24 — коэффициент перевода из электротехнических единиц в тепловые, кал/(Вт • с). Чем больше скорость, тем меньше погонная энергия. Успешно выполняется сварка под флюсом, в защитных газах и электрошлаковая. Низколегированные жаропрочные стали сваривают в основном электродами или сплошной (специальной) сварочной проволокой в защитных газах — чаще в смесях аргона — 90% и углекислого газа — 10%. Из жаростойких сталей, как правило, изготовляют конструкции сложной конфигурации в теплоэнергетике, химнефтегазовой отрасли и т. д., где очень редко используется автоматическая и электрошлаковая сварка. Применяемые типы электродов, промышленные марки и их назначение приведены в учебнике отдельным приложением, ис 111 Сварочные работы пользуя которое можно сделать правильный выбор. Электродные стержни изготавливаются из сварочной проволоки Св12М (и ей подобных) с содержанием молибден до 0,7%. При сварке жаропрочных сталей подогрев считается обязательным при толщине более 10 мм. При сварке жестких конструкций, например труб, подогрев до 200'С считается совершенно необходимым. При сварке хромомолибденовых сталей технологический процесс еще сложнее, так как после сварки необходима термообработка в виде нормализации и высокого отпуска. После термообработки жаропрочная сталь может находиться на уровне равнопрочности. Погонная энергия ограничена. Начало и конец шва должны быть на технологических планках, а не на изделии. Для низколегированных и среднелегированных сталей технологические рекомендации одинаковы. Хромистые и хромоникелевые стали очень чувствительны к нагреву. В интервале температур 400—900*С в этих сталях происходит образование карбидов хрома — химического соединения хрома с углеродом. Поэтому содержание хрома уменьшается, сталь теряет антикоррозийные свойства. Хром способен легко окисляться, образовывая тугоплавкий шлак и затрудняя сварку. Хроми- > стые и хромоникелевые стали имеют низкую теплопроводность и! этим объясняется их большая склонность к короблению. Особенно важно в процессе сварки равномерно и симметрично распределять по всему изделию малыми дозами тепловложение от сварочной дуги, ] тогда не будет перегревов и деформаций. Порядок, последователь- j ность и направление небольших по протяженности швов должны) быть четко указаны в технологическом процессе. Сварку хромистых безникелевых нержавеющих сталей ведут Haj мягких тепловых режимах, с малой скоростью охлаждения свар-1 ного соединения. Для сварки применяют электроды с фтористо-1 калиевыми покрытиями. Сварку ведут на постоянном токе пр« обратной полярности. При сварке хромистых сталей большой тол-1 шины (15—10 мм) применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 300—350 *С, а после сварки — термическую обработку] отпуск при температуре 700—720*С . \ Сварка хромоникелевых сталей ведется так, чтобы не было пере-1 грева основного металла и большого объема сварочной ванны! Сварочный ток по возможности пониженный. Дуга короткая, сварка без поперечных колебательных движений, многослойными швами. Необходимо жестко закреплять детали, чтобы предотвратить коробление свариваемого изделия. Оптимальная скорость охлаждения хромоникелевых и, в особенности, хромистых сталей для создания благоприятной структуры шва и околошовной зоны должна быть 3,0— 5,0*С в секунду. При этом пригодны 118 Сварочные работы любые технологические способы, способные тормозить скорость охлаждения. Особенность сварки среднелегированной стали. Эти стали отличаются тем, что содержание углерода в них наполовину меньше и они содержат как обязательный легирующий элемент хром — до 5%, а остальные легирующие элементы — молибден, ванадий, вольфрам, ниобий. Если хрома в стали более 5%, сталь, как правило, относится к мартенситному классу с хрупкой структурой, а когда хрома менее 5%, то сталь относится к перлитному классу. В жаропрочных сталях имеют имеет место сложное, комплексное легирование. Оно позволяет упрочнить феррит, а после сварки и термообработки получить сварные конструкции с высокой прочностью ош = 60—200 кг/мм2. В настоящее время широкое применение получили стали: ЗОХГ- СА (хромомарганцовистая), сталь 30ХН2МФА и подобные им. Трудности сварки. • Повышенная вероятность появления холодных трещин в околошовной зоне, реже — в наплавленном металле вследстви- еповышенного содержания углерода и других элементов. Сопротивляемость околошовной зоны холодным трещинам снижается из-за резкого различия свойств металла шва и околошовной зоны. • Повышенная вероятность образования в металле шва кристаллизационных трещин обусловлена повышенным содержанием серы, углерода (по С?и1). • Необходимость получения равнопрочного сварочного соединения вступает в противоречие с необходимостью уменьшения содержания углерода в металле шва по условиям треши- нообразования. • Разный химический состав основного металла и шва затрудняет выбор режима термообработки. При грамотном подборе присадочного материала, защитного газа, электродов при правильно выбранном технологическом процессе сварные соединения получаются качественными и надежными. Вариант техпроцесса. 1. Например, для сварки деталей агветственного назначения из стали 30ХГСА применяется следующая технология сварки, проверенная на изделиях: подогрев до 350#С, сварка в защитной газовой смеси (аргон — 90%, углекислый газ — 10%), с разделкой кромок; толщина металла (и шва) — 22 мм, сварочная проволока марки СВ07ХНЗМД по ТУ 14-1-4345-87, диаметр 1,2 мм. Сварочный ток 210—230 ампер, Глаша 3. Оборудование, технология сварки и резки 119 сварка в 3— 4 слоя, подогрев после сварки зоны шва на = 200°С, затем защита (укутывание) асботканью в 3 слоя всей зоны сварки, остывание со скоростью 3—6*С в секунду до температуры = 60°С. Сварной шов испытывает большие переменные (не знакопеременные) нагрузки и прекрасно работает. 2. Сварка крупных изделий из стали 12ГН2МФАЮ выполняется проволокой сварочной марки СВ08ХН2ГМТА диаметром 1,2 мм в защитной среде смеси газов: аргон — 88% + углекислый газ — 12%, с предварительным местным подогревом зоны сварки до 200*С ширины околошовной зоны примерно 80 мм, толщина листов 8 мм, швы в 2 слоя: один на другой — ступенькой (не во всю ширину). Указанная газовая смесь смягчает процесс сварки, уменьшает количество и размер брызг, повышает глубину провара, уменьшает всроятносг появления горячих трещин и пор. Для сварки легированных сталей существует много различи марок сварочной проволоки, вьпускающихся по ГОСТ, а также и по ТУ. Для правильного выбора сварочных материалов под какой- либо конкретный способ сварки и для определенной группы сталей в промышленности существуют конкретные, в том числе и офици альные (для обязательного использования), справочные материалы, например для грузоподъемных кранов — РД22-16-88, где при Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 120 водятся перечни групп сталей и необходимые для сварки сварочные материалы, в том числе флюсы. Опасной вредной примесью в околошовной зоне является водород, который диффундирует в околошовную зону, скапливается в микропустотах и несовершенствах кристаллической решетки, и переходя в молекулярный создает громадное давление, что приводит к образованию трещин. Для сваривания низколегированных и среднелегированных сталей используются ручная сварка электродами, автоматическая под флюсом, полуавтоматическая и автоматическая в защитных газах и их смесях. Оптимальная скорость охлаждения для сталей типа ЗОХГСА равна 6,З вС в секунду. Необходимо применять многослойную сварку по принципу «слой на слой», с перекрытием 1/3 предыдущего слоя, но не во всю ширину шва в окончательном виде. Словосочетание «плохая свариваемость» не означает, что плохо проходит сам процесс сварки, формирования шва. Смысл слов «хорошая» и «плохая» свариваемость в том, какой будет эксплуатационная пригодность сварного узла после сварки. Например, с точки зрения протекания процесса сварки, сталь низколегированную высокопрочную марки 14Х2ГМР не отличить от низкоуглеродистой, но для получения надежного качества после сварки необходимо выполнить комплекс технологических мер и правильно выбрать сварочные материалы. Варианты сварки этой стали следующие: полуавтоматическая сварка сварочной проволокой марки СВ10ХГ2СМА, защитный газ С02 или Аг + С02, или порошковой проволокой ПП-АН54 по ВТУ ИЭС № 90-73. Сварочная проволока диаметром 1,0; 1,2; 1,6 мм не более. При ручной сварке сталей 14Х2ГМР + 09Г2С, 10ХСНД, сталь 3 применяют электроды АНП-2 по ТУ 14-4-468-73, или УОНИ 13/45. При автоматической сварке под флюсом — проволока сварочная СВ-08ХН2ГМЮ, флюс АН-17М или проволока СВ-10ГА, СВ-08ГС, СВ-10Г2, флюс тот же. Сварка должна выполняться при отсутствии сквозняков и при окружающей температуре не ниже — 10°С. Местный подогрев до 150—200°С применяют для больших толщин (более 8 мм ) и для узлов со сложными сопряжениями деталей. Время нагрева примерно 1,5—2,0 мин на 1 мм толщины соединения нормальным пламенем газового резака. Сварные швы — начало и конец, должны быть выведены на технологические пластины. Сварочный ток немного ниже обычного (до 10%), протяженность сварки одного участка шва — до 250 мм, сварка многослойным швом, а также прочие условности Глава 3. Оборудо»ани§, технология сварки и резки 12S технологии. 3.2.5. Сварка высоколегированных сталей Эти стали широко применяются в промышленности, но далек не многие пригодны для сварных конструкций и изделий. Это связано с оценкой пригодности по свариваемости. По содержанию никеля эти стали делят на 3 группы. 1. Бсзникелевые. 2. Никелесодержащие — до 8%Ni. 3. Никелесодержащие — 8—30% Ni. По назначению они образуют 8 групп. 1. Инструментальные высококачественные . 2. Шарикоподшипниковые. 3. Магнитные. 4. Нержавеющие. 5. Жаростойкие. 6. Маломагнитные и немагнитные. 7. Жаропрочные. 8. С высоким омическим сопротивлением (например, нихр Х20Н80). Но нас больше интересует только три из этих восьми, котор применяются в сварных конструкциях. Сварке чаше подвергаются стали 4, 5 и 7-й групп. Высоколегированные стали имеют ряд свойств, которые с зываются на технологии сварки. 1. Теплопроводность по сравнению с низкоуглеродистыми с лями понижена в 1,5—2 раза, а коэффициент линейного р ширения увеличен в 1,5 раза. Это приводит при сварке к ко центрации теплоты и к увеличению проплавления металла и лия, поэтому при сварке нужно уменьшать силу тока на 15— 20%. Большой коэффициент линейного расширения порождает значительные деформации в процессе и после сварки, а при отсутствии зазоров в сварном соединении и большой жесткости узла или больших толшинах свариваемого изделия — даже трещины, к которым эти стали более склонны. 2. Высокое омическое сопротивление приводит к сильному нагреву электродного стержня. Электроды с хромоникелевыми стержнями выпускают длиной не более 350 мм. 3. Сравнительно большая литейная усадка увеличивает деформацию и склонность к образованию трещин. Коррозионностойкие высокохромистые стали способны утрачивать 122 Сварочны* работы антикоррозийные свойства при неправильном термическом цикле сварки. Эго явление называется межкристаллигной (ножевой) коррозией. Если сталь не содержит до 1 % титана или ниобия, а содержит бор и ванадий, которые снижают жаростойкость, то при нагревании выше 500’С происходит выпадение из твердого раствора карбидов хрома и железа по границам зерен. Хромом обедняются границы зерен (кристаллов) и карбиды хрома и железа становятся центрами коррозии и коррозионного растрескивания. Поэтому коррозия называется межкристаллитной (ножевой), так как нет химической однородности зерна (кристалла). Меры по предотвращению межкристаллитной коррозии: 1. Снижение содержания углерода в металле до 0,02—0,03%. При этом минимальном содержании выпадение карбида хрома исключается. 2. Применение основного металла, легированного элементами, обладающими большим сродством по углероду, чем хром. Например, титан, ниобий не позволяют обеднять границы зерен хромом. Ъгтан прочно связывает освободившийся углерод, не давая возможности образовываться карбидам хрома, предотвращает распад аустенита. 3. Последующая термообработка (чаще — закалка) позволяет восстановить антикоррозионные свойства. Нагревом до 850*С ранее выпавшие из раствора карбиды хрома вновь раство 123 Сварочные работы ряются в аустените, а при быстром охлаждении они не выделяются в отдельную фазу. Быстрым охлаждением фиксируется строение металла. Такой вид термообработки называется стабилизацией. Но стабилизация несколько снижает пластичность и вязкость металла, хотя эти свойства зачастую у коррозионностойких сталей не являются главенствующими, и этим снижением свойств можно пренебречь. При сварке жаростойких сталей нужно обеспечивать быстрое охлаждение (любыми методами), тогда коррозийная стойкость сохраняется и без применения термообработки. К таким маркам относятся стали аустенитного класса, типа 18/8, т. е. с содержанием 18% хрома и 8% никеля. Эти марки сталей относятся к группе хорошо сваривающихся из-за наличия никеля и позволяют применять ускоренное охлаждение при сварке и после нее. Для получения высокой пластичности, вязкости и без потери антикоррозийных свойств сварного соединения необходимо нагреть металл до температуры 1000— 1 ЮО’С, прогреть по всей толщине и быстро охладить в воде (закалка). Этот режим приемлем для хромоникелевых сталей аустенитного класса. Электроды для сварки высоколегированных сталей имеют основной тип покрытия и редко — смешанный. Электродный стержень близок по химическому составу к основному металлу, но с увеличенным количеством некоторых легирующих элементов (молибден, марганец, вольфрам), необходимых сварному шву, для придания ему мелкозернистой структуры и для улучшения механических свойств, в первую очередь пластичности. В сварном стыке обязательно должен быть зазор (разумного размера) для свободной усадки шва при остывании. Сварку нужно вести по возможности тонкими электродами и швами при минимальной погонной тепловой энергии. Подогрев до 100—300*С высоколегированных сталей применяется тогда, когда по характеру микроструктуры основного металла, содержанию углерода, толщине металла и жесткости изделия сварной стык склонен к закалке либо к трещинам. Для мартенситных сталей и сплавов требуется подогрев изделия, а для аустенитных сталей в этом нет необходимости. Цель подогрева — более равномерно распределять нагрев по изделию в процессе сварки и уменьшать скорость охлаждения изделия и после нее— для сталей, склонных к закалке. Главной причиной появления пор при сварке жаростойких сталей является водород. Источники водорода — флюс, электродное покрытие, 121 Сцрочны» работы защитный газ, различные наслоения с влагой. Свариваемые кромки должны быть чистыми. Сварочная проволока (в том числе и для электродов) для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами выпускается по ГОСТу 2246-70, которым предусмотрена 41 марка, например, марки СВ-06Х19Н9Т, СВ-04Х19Н9, СВ-05Х19Н9ФЗС2, СВ-10Х17Т, СВ-12ХПНМФ и др. Электроды этой группы применяются для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами, таких как: 15Х25Т, 08Х18Т1, 20Х23Н13, 20Х23Н18, 10Х23Н18,15Х12ВНМФ, 14Х17Н2, 12Х18Н9,12Х18Н10Т и др. Следует еще раз отметить, что никель улучшает свариваемость. Газовая сварка высокоуглеродистых сталей может применяться только когда нет другого выхода, так как процесс этот непростой. Небольшой избыток кислорода в пламени приводит к выгоранию хрома. В качестве присадки применяют сварочную проволоку, близкую по химсоставу к свариваемому металлу. При газосварке титан выгорает полностью, что приводит к межкристаллитной коррозии. При нагреве до 500—800*С и медленном охлаждении, что характерно для газовой сварки, выпадают из твердого раствора карбиды хрома по границам зерен (кристаллов), с потерей коррозионной стойкости. Для сварки необходим еще и флюс сложного состава: 28% мрамора, 30% фосфора, 10% ферромарганца, 6% ферросилиция, 6% ферротитана, 20% двуокиси титана. Флюс разводится на жидком стекле и наносится на кромки детали в виде пасты. Сварка выполняется после высыхания флюса. При наличии в настоящее время хороших электродов и источников питания дуги нет необходимости применять более сложную и малопроизводительную технологию сварки, да еще с потерей качества соединений. Самым предпочтительным способом сварки высоколегированных сталей является автоматическая сварка, затем остальные, с учетом наименьшей погонной энергии. Для повышения коррозийной стойкости сталей необходимо ускоренное охлаждение (вода, медные подкладки, обдув воздухом и другие приемы), минимальная продолжительность нагрева и по возможности меньшее количество вводимого тепла. 3.3. Сварочные источники питания дуги Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 125 3.3.1. Основные понятия Электрическая цепь с таким особым потребителем (нагрузкой), как сварочная дуга с почти мгновенно меняющимися параметрами, требует достаточных знаний сущности самой дуги и процессов в ней, а затем источников тока. Напряжение между концами электродов дуги (как и сама электрическая цепь с дугой) является сложной и нелинейной функцией длины дуги и силы тока в ней, которая еще зависит от других существенных факторов, например, от величины тока, наличия и состава обмазки, флюса, состава и давления газов, состава металла. Источники тока для обычных целей, например, освещения, питания электродвигателей, электроприборов имеют внешнюю характеристику, приближающуюся к прямой, параллельной оси тока, так как эти потребители тока требуют для нормальной работы постоянного напряжения питающей сети независимо от изменений нагрузки. Другое явление при горении сварочной дуги, т. е. при постоянном напряжении источника питания: загоревшаяся дуга будет непрерывно разрастаться, сила тока в ней будет неограниченно увеличиваться, пока не произойдет либо отключение ее, либо разрушение проводников цепи. Поэтому источник питания дуги должен обладать такими свойствами, чтобы напряжение на клеммах источника снижалось с увеличением нагрузки и повышалось — с уменьшением нагрузки дуги. Глава 3. Оборудсиание, технология сварки и рши 126 Несколько десятилетий после изобретения и разработок Славя- нова основным источником питания сварочной дуги был генератор, подвергавшийся усовершенствованию по мере развития электротехники. Глубокое изучение явлений и свойств дуги, а также создание электродных покрытий с содержанием в них ионизирующих веществ (подобно тому, как Славянов вводил в ванну силикаты) открыло путь к применению в качестве источников питания трансформаторов. Дуговая сварка возникла в конце XIX в., когда техника получения переменного тока еще только зарождалась, и не о каких сварочных трансформаторах не могло быть и речи. Для питания дуги были доступны лишь машины постоянного тока, и до 1930 г. считалось, что переменный ток для сварки — это неполноценный заменитель постоянного тока, так как мгновенное значение переменного тока 100 раз в секунду (периодически) переходит через нуль и дуга будет не достаточно устойчива. В дуге постоянного тока можно менять распределение тепла, меняя полярность при сварке, при переменном же токе это невозможно. Совершенствование сварочных источников питания и сварочных материалов, а также глубокое познание На базе совершенствования электротехники и электроники явлений, происходящих в дуге, позволили добиться устойчивого горения дуги и безупречного качество сварки. Исследованиями было доказано, что для большинства случаев переменный ток выгоднее постоянного. Практически полностью отсутствует магнитное дутье, как при использовании постоянного тока, которое мешает сварке, отклоняя дугу магнитными полями. Немало и других достоинств переменного тока, которые подробнее приведены в описании сварочных трансформаторов. Но составы некоторых электродных покрытий принуждают применять постоянный ток, потому что на переменном токе дуга постоянно прерывается и процесс нормальной сварки не происходит. 3.3.2. Процессы в сварочной дуге Электрическая сварочная дуга представляет собой неоднородный проводник с нелинейной зависимостью U и I дуги, так как сопротивление дуги постоянно изменяется, а общее падение напряжения в дуге состоит из суммы падений напряжения анодной, катодной областей и столба дуги. Все эти составляющие величины зависят от материалов, состава газовой среды, длины дуги. Электрическая дуга в газах не подчиняется закону Ома, так как меняется сопротивление дугового разряда. 127 Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки Изучение сварочной дуги позволило установить закономерности поведения, отличительные особенности и свойства разных дуг, а также влияние на них внешних факторов. Опытным путем установлена зависимость напряжения горящей дуги от тока при различных режимах. В сварочной дуге протекают сложные процессы ионизации газового промежутка (дуги), которые делают его электропроводным. Ионизация газа — это увеличение в газе количества свободных заряженных частиц, которые являются проводником электричества. Процессы, происходящие в столбе сварочной дуги, нельзя считать полностью изученными, особенно в части ионизации дугового пространства. Электрическая сварочная дуга — это самостоятельный разряд, т. е. без внешних ионизаторов. Дуговой разряд существует за счет собственной эмиссии. Эта эмиссия бывает четырех видов: термоэлектронная, автоэлсктронная, фотоэлектронная и эмиссия соударения. Термоэлектронная эмиссия имеет место у тугоплавких материалов (угольный, графитовый электроды и прочие). Для стального электрода такая эмиссия имеет незначительную долю, хотя в некоторых источниках ей придается чуть ли не первостепенное значение. Автоэлектронная эмиссия зависит не от температуры электрополя, а от его энергии. Фотоэлектронная эмиссия происходит за счет облучения электронов световой энергией, которой хватает, чтобы «вырвать* электроны. Эмиссия соударения обусловлена той энергией, которой обладают (+) ионы, бомбардирующие поверхность катода. Ни один из четырех видов ионизации (эмиссии) нс может обеспечить 100%-ной ионизации в дуге, обеспечивая ее электропровод- сголба дуги = 810 Un 128 Сварочные работы ность. Электроны, вышедшие из катода, под действием сил элекг- рополя сильно разгоняются и летят к аноду, а при столкновении с молекулами газа «вырывают* из них электроны и за счет этого ионизируют эти молекулы. Металлы и газы имеют свой потенциал ионизации в электрон- вольтах, который характеризует степень трудности отрыва («выры- ва*) электрона с его оболочки. Чем меньше число электрон-вольту материала, тем легче «выбить» с оболочки электрон, и наоборот. Ионизация газов в дуге при сварке происходит частичная, так как для полной ионизации газа в дуговом промежутке требуется очень высокая температура — до 22000вС, а это уже плазменное состояние газа, когда одинаковое количество положительно и отрицательно заряженных частиц обеспечивает высокую электропроводность и высокую температуру. Электропроводность плазмы почти равна электропроводности металла. При сварке плавящимся электродом в столбе дуги содержатся пары электродного металла, имеющие, как правило, низкий потенциал ионизации, поэтому эффективный потенциал ионизации дугового разряда при сварке плавящимся электродом приближается к потенциалу ионизации металлических паров. Устойчивое горение дуги — это длительное горение дуги без изменения основных элементов режима. Потенциалы ионизации в электрон-вольтах (э-В.) некоторых элементов следующие: калий — 4,32; натрий — 5,12; алюминий — 5,96; кальций — 6,08; хром — 6,74; титан — 6,81; молибден — 7,35; марганец — 7,6; железо — 7,83; кремний — 7,94; углерод — 11,24; кислород — 13,57; углекислый газ (С02) — 14,3; азот — 14,51; аргон — 15,7; фтор — 18,7. Вообще, наибольший потенциал ионизации — 24,5 э-В. Самый высокий потенциал ионизации у фтора и это является одной из причин нестабильного горения дуги у электродов с фтористо-кальциевым покрытием на переменном токе. При сварке электродами с обмазкой (покрытием) температура в столбе дуги зависит от эффективного потенциала ионизации, величина которого близка по величине к наименьшему потенциалу ионизации одного из компонентов, участвующих в смеси дугового газа. ISO Сварочные работы где Ut — эффективный потенциал ионизации; Т — температура столба дуги, # С; 810 — коэффициент. На поверхностях электродов в зоне дуги температура 1800— 1850-С. Температура в столбе дуги не достигает такой величины, при которой можно получить полную ионизацию газов в дуговом промежутке при обычной дуговой сварке. Полная ионизация газов — это плазменная. Качество сварки зависит от энергетических и технологических свойств дуги: устойчивости, характера переноса металла, характера плавления основного металла и др. На свойства дул? влияют род тока, полярность, характеристика (электрическая) источника питания дуги, состав атмосферы, состав расплавленного металла, режим сварки и др. На рис. 30 представлена осциллограмма очень ускоренной киносъемки горения дуги покрытых электродов и дуги голой плавящейся проволоки в С02. При сварке в С02 напряжение дуги и рабочее (U^) напряжение сварки имеют различия и это показано на осциллограмме. При сварке металлическим электродом напряжение дуги составляет 18—28 В, угольным электродом — 30—40 В. Для возбуждения замыкание Рис. 33. Осциллограмма /, U дуги при сварке металлическим электродом необходимо напряжение 40+65 вольт. Это напряжение называется напряжением зажигания. 130 Сварочные работы При различных видах сварки общее падение напряжения на дуге примерно 10+45 В. Сварочные дуги бывают с плавящимся и неплавяшимся электродом, свободные и сжатые, переменного и постоянного тока, прямой и обратной полярности. Условия зажигания и горения дуги: • достаточность напряжения холостого тока источника питания дуги, которое складывается из напряжения горения дуги и напряжения ее зажигания. Обычно напряжение зажигания дуги больше в 1,5—2,5 раза чем напряжение горения дуги; • наличие специального источника электропитания дуги, позволяющего быстро разогревать точечный контакт торца электрода до испарения; • наличие и поддержание ионизации в столбе дуги. • наличие в сварочной цепи переменного тока повышенной индуктивности (реактивного сопротивления) для повышения стабильности горения дуги, так как в такой цепи имеется только омическое сопротивление и дуга будет получать ток, переходящий по величине своей через нуль 100 раз в секунду. По причине недостаточной индуктивности или при практически очень малой ее величине «самодельные» сварочные трансформаторы при работе резко «снижают* напряжение питающей сети и электролампы снижают накал. Индуктивностью проводника называют способность данного проводника создавать электродвижущую силу (ЭДС) самоиндукции при изменении тока в нем. Величина индуктивности — это показатель, характеризующий связь между скоростью изменения тока в цепи и возникающей при этом ЭДС самоиндукции, т. е. скоростная связь двух указанных показателей. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки L= 131 У у ; 4> = ш Ф, где L — индуктивность, Гн (генри); Ч7 — поток сцепления — это произведение числа витков на их пронизывающий магнитный поток; ш — число витков; / — ток в электрической цепи; Ф — магнитный поток (1 Гн равен индуктивности такого проводника, в котором при изменении постоянного тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции, равная 1 В). Скорость изменения магнитного потока у катушки больше, чем у витка потому, что каждая силовая линия, пронизывающая витки катушки, сцепляется с ней большее число раз (на количество витков), чем с одним витком — при одинаковой скорости изменения тока в цепи для обоих случаев. При этом плотность магнитного потока для ЭДС самоиндукции больше, индуктивность больше, выше коэффициент самоиндукции. Ток самоиндукции всегда направлен навстречу прохождению основного тока в цепи с той же частотой, но не совпадающий по фазе (во времени). Это явление используют в сварочной технике, чтобы заметно уменьшить отрицательное действие сварочного переменного тока при переходе его через нулевые значения. В момент нулевых значений сварочного основного тока этот «провал» восполняет ЭДС самоиндукции, гак как эта ЭДС сдвигает нулевое значение тока относительно нулевого значения напряжения и горение дуги заметно смягчается, обрывы в горении дуги отсутствуют. Индуктивное сопротивление — реактивные катушки более 30 лет применялись на сварочных трансформаторах типа СТЭ-24, СТЭ-34, СТН-500, СТН-700 и др. Реактивные дроссельные катушки этих трансформаторов выполняли роль регуляторов сварочного тока и задатчика внешней электрической характеристики источника тока. Индуктивность ускоряет отделение капли от электрода в ванну за счет повышения скорости нарастания тока короткого замыкания на этой капле, стабилизирует процесс. Повышенная электрическая индуктивность (реактивное сопротивление) в сварочной цепи, стабилизирующая горение дуги, включается не только в сварочную цепь переменного тока, но и в цепь постоянного тока. Некоторые сварочные выпрямители, в особенности с жесткой характеристикой, изготовляют с включением в сварочную цепь индуктивности для стабилизации горения дуги. Это важно в первую очередь 132 Сварочные работы при сварке, наплавке голой проволокой в СОг Чем больше диаметр электродной проволоки, тем большая величина индуктивности нужна в сварочной цепи. Например, при антифрикционной наплавке бронзовой проволокой БрКМц-3-l диаметром 1,8 мм в среде азота на стальную деталь потребовалось для стабилизации горения дуги на очень малых режимах (U = 16— 18 В, /д = 70—90 А) в сварочную цепь последовательно с выпрямителем ВС-600 включить индуктивность в виде сварочного регулятора тока (дросселя) РСТЭ-34 и отрегулировать его примерно на 0,5— 0,8 мГ. Это позволило значительно ускорить возрастание тока с изменением напряжения на дуге, а значит, стабилизировать процесс горения и отделения электродной капли. Правильность подбора индуктивности несложно определить по качеству наплавленного металла. Источник питания должен поддерживать горение дуги за счет своей электрической характеристики, отрабатывая все возмущения и отклонение процесса сварки до нормы (это длина дуги, колебания напряжения, скорость подачи проволоки и др.). Одной из важнейших характеристик дуги в целом является ее вольт-амперная характеристика, т. с. зависимость напряжения на дуге 11 д оттока /в, которая служит главным показателем при выборе источника питания. Эта характеристика между установившимися значениями напряжения и тока при постоянной длине дуги называется статической, а между неустановившимися — динамической. Статическая вольт-амперная характеристика дуги (рис. 34) — это графическое изображение зависимости напряжения дуги от сварочного тока для конкретного (мгновенного) установившегося режима при конкретной длине дуги. Участки кривой нелинейные (непропорциональные) и нс имеют строгих закономерностей, а только общие — с приближенными контурами. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 133 Рис. 34. Статистическая характеристика дуги длина дуги L„ >LK > La3 Вольт-амперную характеристику можно разделить условно на три области. В области I (приблизительно до ЮОА) характеристика дуги падающая. При возрастании тока происходит увеличение площади катодного пятна и числа заряженных частиц в межэлектродном пространстве; благодаря снижению сопротивления дуги напряжение на дуге уменьшается. Это область неустойчивого горения дуги, так как небольшое увеличение тока приводит к значительному падению напряжения. В области II с увеличением тока дуги напряжение мало изменяется, происходит почти полная ионизация газа в столбе дуги и его некоторое сжатие. Сечение столба дуги увеличивается пропорционально току, находящемуся в диапазоне 100-^700 А. Характеристика этого участка называется жесткой, обеспечивает устойчивый процесс сварки. В области III повышение тока связано с повышением напряжения, сечение столба дуги уже не может увеличиваться, плотность тока возрастает с его увеличением, а проводимость дуги остается постоянной (Я- const). Это вызывает увеличение напряжения дуги. Характеристика дуги в этой области называется возрастающей, используется при сварке под флюсом и в защитных газах. Название характеристик дуги (падающая, жесткая и возраста- ющая) отражает изменение величины напряжения на дуге при разной величине 134 Сварочные работы тока. На графике указаны зоны вольт-амперной характеристики дуги, которые используются для конкретных способов сварки и служат обоснованием внешней электрической характеристики источника питания. На схеме изображены три кривые характерно гики дуги, причем каждая кривая принадлежит (относится) только одной конкретной длине дуги. Сколько раз изменяется при сварке длина дуги, столько раз кривая характеристики будет менять свое месторасположение на схеме, но в определенном диапазоне — в диапазоне устойчивых режимов. 3.3.3. Перенос электродного металла Процесс образования капли на конце электрода весьма сложен и зависит от многих факторов, имеющих разную природу, например, силы тяжести, силы поверхностного натяжения, электродинамические силы поля, силы давления газов в дуге от обмазки электродов, силы давления струи защитного газа. Основные виды переноса электродного металла: 1. Крупнокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка. 2. Крупнокапельный без коротких замыканий, 3. Перенос каплями среднего размера без коротких замыканий. 4. Струйный перенос. При крупнокапельном переносе большая капля образуется на электроде постепенно и долю удерживается на нем. Если капля больше дугового промежутка, то при ее переходе в ванну происходит кратковременное замыкание. Этот вид переноса происходит в основном за счет силы тяжести и силы поверхностного натяжения. У различных металлов силы поверхностного натяжения (о, Н/м) в жидком состоянии различные, например, для алюминия а = 0, 8, для медиа - 1,15, для железа = 1,22, для титана = 1,51, для вольфрама — 2,68, для хромоникиелевых сталей от 1,5 до 2,5 Н/м. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. Размер капель зависит от материала электрода, диаметра, состава обмазки, состава защитного газа, напряжения на дуге, силы тока, полярности. С увеличением тока растет сжимающее действие электромагнитных сил, ускоряющих отделение капли, уменьшается размер капель, изменяется Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 135 характер переноса металла от крупнокапельного к мелкоструйному из-за быстроты нагрева торца электрода. Затем при определенном значении тока, называемом критическим, процесс переноса капли переходит в струйный. Струйный перенос капель отличается высокой стабильностью размера капель и мелким разбрызгиванием. Основная причина разбрызгивания капли металла при сварке — это электрический взрыв перемычки из жидкой капли между электродом и ванной с выбросом металла за пределы сварочной ванны. Для уменьшения разбрызгивания металла, повышения стабильности процесса, улучшения формирования шва, повышения кап- леобразования при сварке стали в среле аргона добавляют 10-18% углекислого газа СО?. Добавка окислительного газа в смесь значительно снижает поверхностное натяжение жидкого металла электродного материала, уменьшаются размеры капель, увеличивается в 3—5 раз их количество за тот же отрезок времени, снижается критический ток перехода к струйному переносу металла, диапазон токов стабильного процесса сварки расширяется, повышается глубина провара с одновременным уменьшением ширины шва по сравнению со сваркой в чистом аргоне. При увеличении содержания С02 в смеси до 25—40% стабильность процесса заметно снижается. При содержании С02 40—50% в смеси аргона с углекислым газом процесс сварки практически не отличается от сварки в чистом С02, при котором сложно обеспечить струйный перенос электродного металла из-за уменьшения количества капель с одновременным ростом их размера и повышением поверхностного натяжения жидкого металла капли. Снизить разбрызгивание и получить другие важные технологические достоинства можно за счет принудительного управления переносом электродного металла импульсами сварочного тока при сварке в импульсно-дуговом режиме, а также за счет наличия в дуге активизирующих веществ, например, калия, натрия, цезия, рубидия и других элементов, обеспечивающих ведение струйного процесса при сварке в С02. Процесс сварки в смеси С02 + 02 неоднозначный, и недостаточно изучен, поэтому рекомендовать его к применению не следует. Добавление кислорода к углекислому газу меняет течение процесса незначительно, сохраняет тот же размер капель и ту же степень разбрызгивания, как и при 136 Сварочные работы сварке в С02. 3.3.4. Саморегулирование дуги Саморегулирование дуги — это свойство сварочной дуги при сварке плавящимся электродом с равномерной скоростью подачи при постоянных изменениях длины дуги (из-за отделения капель металла электрода) восстанавливать ее путем изменения скорости плавления электрода. Саморсгулирован недуги вызывается тем, что скорость плавления электрода изменяется с изменением длины дуги: с увеличением длины дуги уменьшается скорость плавления электрода (чтобы не произошло разрыва дуги), с уменьшением длины дуги эта скорость увеличивается, чтобы не произошло короткого замыкания электродом. При постоянной равномерной скорости подачи электрода случайное изменение длины дуги при горении вызывает изменение скорости плавления электрода, направленное на восстановление первоначальной длины дуги. На быстроту процесса саморегулирования дуги влияет много факторов, но особо сильное и действенное влияние оказывает графическая форма электрической характеристики источника питания дуги. При ручной и автоматической сварке и сравнительно небольших плотностях сварочного тока (15—25 А/мм2) дуга должна гореть стабильно. Большие плотности сварочного тока (30— 200 А/мм2) существенно улучшают саморегулирование дуги. Источник питания должен обеспечивать саморегуривание дуги. Если источник питания дуги не будет реагировать (отзываться) на отклонения в дуге и не обеспечит возможность ее саморегулирования. то случайное укорочение дуги приведет к короткому замыканию электродом, а удлинение — к обрыву дуги раньше, чем в процессе саморегулирования успевала восстановиться нормальная длина дуги. При высоких плотностях тока саморегулирование дуги протекает наиболее интенсивно при пологих и жестких характеристиках источников питания дуги, а в некоторых случаях — при возрастающих характеристиках, когда напряжение возрастает с увеличением сварочного тока. Явление саморегулирования дуги впервые обнаружил В.И. Дятлов в 1942 г. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 137 3.3.5. Источники питания сварочной дуги Сварочные источники питания должны иметь электрическую характеристику (т. е. зависимую связь между током и напряжением) с учетом статической характеристики дуги для каждого конк рстного способа сварки. Электрической характеристикой источника питания сварочно дуги, или внешней характеристикой источника питания, называется графически изображенная зависимость между напряжением на клеммах источника питания и сварочным током. Источники питан могут иметь следующие внешние характеристики (рис. 35): 1. Крупнопадающую. 2. Пол о го падающую. 3. Жесткую. 4. Возрастающую. Графическая форма электрической характеристики источника питания обеспечивается конструктивно, в зависимости от предназначения — одной, определенной формы, но иногда один источник питания обладает двумя различными внешними характеристиками. Для ручной дуговой сварки наилучшая характеристика источника — крутопадающая, которая обеспечивает незначительное изменение сварочного тока при постоянных изменениях длины дуги в процессе сварки, которые требуют постоянно изменять напряжение на дуге. Длина дуги меняется в связи с отделением капель электрода в ванну, а увеличивающаяся длина дуги образует повышенное сопротивление дуги, 138 Сварочные работы для преодоления которого (чтобы не погасла дута) требуется мгновенно увеличивать напряжение — в этом и заключается отзывчивость характеристики источника тока для поддержания стабильного горения дуги. При укорачивании дуги напряжение ей требуется меньшее, но должно ускоряться плавление электрода, восстанавливая нормальную длину дуги. Это ускорение достигается за счет мгновенного увеличения тока. Пологопадающая, а также жесткая и возрастающая внешние электрические характеристики источников питания обеспечивают значительное изменение величины сварочного тока при изменении дзины дуги, а это вызывает быстрое увеличение или уменьшение скорости плавления электродной проволоки. Происходит быстрое саморегулирование дуги при повышенных плотностях тока без большого изменения напряжения. Чем сильнее изменяется ток в дуге, тем быстрее восстанавливается прежняя длина дуги и выше ее стабильность горения, но это на средних и повышенных и высоких плотностях тока — 30—50 А/мм2 и 60—200 А/мм2. Большие плотности тока в сочетании с жесткой характеристикой источника тока дуги при постоянной подаче обеспечивает стабильность процесса сварки голой проволокой с газовой защитой и даже без нее. Требуемая электрическая характеристика источника питания дуги (графическая форма кривой) обеспечивается конструкцией при изготовлении источника, и в процессе сварки форма ее не изменяется. Колебания режима сварки, происходящие вследствие изменения длины дуги, обусловлены только изменением статической характеристики дуги. Важное значение имеют динамические свойства источника питания — это быстрота восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания до напряжения повторного зажигания дуги. Динамические свойства зависят от индуктивности источника питания. Чем индуктивность выше, тем выше динамические свойства, при которых существует спокойный перенос электродного металла и малое разбрызгивание. Все это происходит под воздействием свойств внешней характеристики дуги и динамичности электрической системы. Дуга L{> L2> LV Т. е. чем больше длина дуги, тем больше потребное напряжение для нее, но при этом ток уменьшается незначительно (видно на графике на рис.36), и это обеспечивается (мгновенно) консгруктивной спецификой электросистемы сварочного аппарата. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 139 Точки А,, А3 — это точки устойчивого горения дуги конкретной (моментной) длины. На графике видны точки режима холостого хода (при / = 0) и короткого замыкания — к. з. (при / = max). Сколько будет длин дуг, столько будет точек на кривой внешней характеристики источника питания устойчивого горения дуги. Равенство токов и напряжений дуги и источника питания имеет место в точках А(| П) и С, представляющих собой точки пересечения внешней и статической характеристик. Точки А(| 2 3) соответствуют устойчивому горению душ. Если по какой-либо причине ток дуги уменьшится, напряжение источника превзойдет установившееся напряжение на дуге. Это в свою очередь увеличит ток, Рис. 36. График изменения режимов сварки с изменением длины дуги при крутопадающей электрической характеристике (сварка электродом): 1 — внешняя характеристика источника тока; 2 — вольтампврная характеристика дуги т. е. произойдет возврат в точку А(1 2 3). Наоборот, при случайном увеличении тока напряжение источника оказывается меньше напряжения дуги, поэтому ток уменьшается и режим горения дуги восстанавливается. Точки С отвечают неустойчивому горению дуги, так как всякое случайное 140 Сварочные работы изменение тока развивается вплоть до обрыва дуги или до тех пор, пока не достигнет величины, соответствующей точке А(| 2 3). Следовательно, если статическая характеристика дуги — падающая, то для обеспечения устойчивости горения дуги внешняя характеристика источника питания тоже должна быть падающей, а в рабочей точке, соответствующей условию устойчивости, — более крутопадающей, чем статическая характеристика дуги, тогда, особенно при ручной сварке, напряжение на дуге практически не будет зависеть от тока. Устойчивое горение дуги в диапазоне малых токов достигается в источниках с повышенным напряжением холостого хода. При регулировании тока на источнике питания кривая внешней характеристики будет занимать разные положения — соотвст- ственно режиму, но параллельные друг другу. Длина дуги одинаковая, но на разных режимах (рис. 37). Падающая внешняя характеристика обеспечивает устойчивое горение плавящихся и неплавящихся (вольфрамовых и др.) электродов. Для сварки под флюсом необходима пологопадающая харакге ристика, для сварки механизированной (голой проволокой) — жесткая или возрастающая внешняя характеристика источника пита ния. Источники питания выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТов 95-69; 7012-69; 13821-68, которыми установлены различные требования, как технические, так и по безопасности. В настоящее время промышленность России выпускает большое количество различных источников питания дуги постоянным и переменным током. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 141 Рис. 37 График регулирования режима сварки для дуги постоянной длины 3.3.6. Требования к источникам питания дуги 1. Напряжение холостого хода (цепь разомкнута) должно быть в два-три раза выше напряжения горения дуги, но не более 90 В. 2. Ток короткого замыкания сварочной цепи должен быть не более чем полторы величины сварочного тока, чтобы не перегревался электрод. Источник питания должен выдерживать длительное замыкание. 3. При изменении напряжения на дуге сварочный ток не должен сильно изменяться, чтобы существенно не изменялся режим сварки. 4. Источник питания должен обладать хорошими динамическими свойствами, т. е. восстанавливать напряжение после короткого замыкания от нуля до 25 В за время не более 0,05 с. 5. Он должен иметь устройство для плавного регулирования сварочного тока в пределах рабочего диапазона. В источниках питания с жесткой характеристикой (при сварке в защитных газах) режим регулируется изменением напряжения, так как напряжение холостого хода практически должно быть равным напряжению на дуге. 6. Источник должен иметь заданную внешнюю электрическую характеристику. Источники питания подбираются исходя из того, какая область 142 Сварочные работы статической характеристики дуги будет использоваться для сварки. 3.3.7. Характер работы сварочных источников тока Продолжительность горения дуги и продолжительность паузы, т. е. холостого хода либо отключения полностью характеризует работу источника электропитания при сварке, который оценивается показателями Г1Р или ПВ. • ПР — относительная продолжительность работы. • ПВ — относительная продолжительность включения. Процесс сварки чередуется с паузами (смена электрода и подобные перерывы), при которых источник тока охлаждается. В режиме ПР источник тока во время паузы сварки находится в работе на холостом ходу (ручная сварка и подобное). В режиме ПВ источник тока во время паузы отключается от сети, как это делается при механизированной сварке. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 143 где txx — время холостого хода; /в — время сварки. Эти показатели выражаются в % и характеризуют допустимую степень эксплуатации источника дуги. Обычно для расчетов источников принимают гв = 3 мин, /w = 3 = 2 мин, тогда ПР = х 100 в 60 %. При П Р = 20% время дуги равно 1 мин, время паузы равно 4 мин. Однако бывают виды техпроцессов, например, наплавка валка прокатного стана, когда недопустимо прерывание процесса в течение нескольких часов. В этих случаях определяется допустимый сварочный ток для ПР = 100%, при паспортном ПР = 60% по формуле где / — допустимый ток для работы при ПР = 100%; /ном — номинальный по паспорту ток при паспортном ПР; ПР ном — паспортное значение ПР источника питания; ПР^ — допустимое, т. е. нужное нам значение ПР. Например, определит!» допустимый сварочный ток для выпрямителя ВС-600 с номинальным паспортным током /ном = 600 А, ПР = 60%, если выпрямитель будет загружен с ПР = 100% длительное время: / = 600 х = 600 х 0,774 * 359 доп А. Значит, используя выпрямитель ВС-600 в режиме ПР = 100%, можно от него потреблять только 359 А. Малоуглеродистые стали можно сваривать дугой от постоянного и переменного тока, сварку легированных сталей выполняют н постоянном токе при обратной полярности. Источники постоянн го тока применяют также для сварки цветных металлов, чугуна, дл 144 Сварочные работы наплавки и плазменной резки. При сварке на открытом воздухе лучше применять трансформаторы и сварочные генераторы с различными видами механического привода. При больших колебаниях напряжения в питающей сети сварочные генераторы являются лучшим источником дуги. Для дуговой сварки, наплавки выпускаются источники питания переменного и постоянного тока, а также специализированные источники питания. 3.3.8. Сварочные генераторы Сварочные (вращающиеся) преобразователи состоят из сварочного генератора и привода — электродвигателя, выполненных на одном валу. При вращении якоря генератора в нем вырабатывается ток сварочный. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая приводит во вращение якорь генератора. Эта механическая энергия преобразуется в электрическую: сварочный ток нужных параметров. Если в качестве привода — вращателя якоря генератора используется двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) — ДВС, тогда эта установка называется агрегатом. Часто генераторы конструктивно одинаковы в преобразователях и агрегатах. Сварочные генераторы могут получать вращение якоря от вала отбора мощности колесного трак юра. Сварочный генератор — это специальный генератор постоянного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги за счет своей внешней электрической характеристики, которая обеспечивается конструкцией. Это достигается изменением магнитного потока в генераторе в зависимости от сварочного тока. Наиболее распространенные — сварочные генераторы с падающей внешней характеристикой для ручной и автоматической (под флюсом) сварки. Генератор имеет устройство для регулирования сварочного тока. В начальный период развития сварки сварочные генераторы были основными источниками питания, поэтому существовало мною различных конструкций электромагнитных систем. В настоящее время применяется в основном две системы сварочных генераторов: 145 Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 147 Сварочные работы • с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой в сварочной цепи; • с самовозбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой. Эта система применяется в агрегатах с приводом от ДВС. Сварочный генератор состоит из статора, на котором размешаются магнитные полюсы и якоря (вращающейся части) с уложенными в нем витками обмотки, в которых наводится ЭДС переменного направления (рис. 38). Концы витков соединены с пластинами коллектора, вращающегося на том же валу, что и якорь. Коллектор — это вращающееся с валом устройство, на котором расположены угольно-графитовые щетки для токосъема. Коллектор выполняет функцию выпрямителя сварочного тока каждого витка и токосъема. Принцип устройства и работы генератора следующий. Якорь представляет собой вал, в продольные пазы которого уложено мно го рамок — витков, нс соединенных между собой. В торце вала- якоря расположен коллектор, диаметром намного меньше якоря. Концы каждого витка, уложенного в продольные пазы, выведены на пластины коллектора, изолированные друг от друга. Один конец витка подсоединен к одной пластине, второй конец витка — к другой, но противоположной по диаметру пластине коллектора. Пластины коллектора имеют контакт с токосъемными щетками. На статоре расположены магнитные полюсы, создающие мощный магнитный поток, направленный на якорь. Для образования этого потока на магнитные полюсы устанавливаются обмотки, называемые обмотками возбуждения, так как они возбуждают магнитный поток. Они подключаются только к постоянному току, чтобы магнитный поток, обтекая якорь, нс менял своего направления. Если обмотки будут подключены неправильно по (+) и (-), то магнитный поток будет направлен от якоря и сварочного тока на щетках нс будет. На рис. 38 рамка (якорь) вращается, пересекая своими проводниками (теми, что в пазах) постоянный по направлению магнитный поток от северного N к южному полюсу S. За счет пересечения каждым проводником этого магнитного потока в них по закону электромагнитной индукции индуцируется ЭДС. Направление индуцированной ЭДС определяется по правилу правой руки. При рассмотрении оборота рамки видно, что за один полный оборот в витках рамки ток четко по синусоиде дважды меняет свое направление и величину от нуля до максимума, виток рамки 1 — 1 (или 2—2) отдает на щетки ток разного направления, но со сменой направления ЭДС меняется и контактная щетка. За первые пол- оборота (180°) виток рамки контактирует только с (+) щеткой, а за вторые пол-оборота этот же виток, поменяв в себе направление тока, контактируете (—) щеткой. Такой процесс идет постоянно. Этим обеспечивается постоянство одного знака ЭДС на щетках, значит, и выпрямление тока. Чем насыщенней (плотнее) магнитный поток на якорь, тем больше сварочный ток. Необходимо напомнить, что ток в якоре переменный, а постоянным его делает коллектор. 141 Сварочные работы Для изменения величины сварочного тока нужно изменить ве-1 личину тока в обмотках магнитных полюсов, так как магнитный! поток изменяет свою величину в зависимости от количества ампер,! а не вольт. Последовательно в обмотку возбуждения включают рсо-| стат для регулировки тока в обмотках возбуждения. Для получения падающей характеристики в сварочную цепк последовательно включают размагничивающую обмотку, магниту ный поток которой направлен навстречу основному намагничивающему потоку якоря. Поток размагничивания своим действие** уменьшает поток намагничивания на якорь, а в случае короткого замыкания — уравновешивает его (т. е. сводит его действие до ми-| нимума), напряжение холостого хода мгновенно становится пулен вым, а при разрыве сварочной цепи (дуга не горит) действие раз-) магничиваюшей обмотки отсутствует (ток в цени равен нулю), тс моментально восстанавливается напряжение холостого хода. В про-1 цессс горения дуги размагничивающий поток постоянно изменяется в зависимости от изменения тока в цепи и, взаимодействуя с| потоком намагничивания, создает крутопадающую внешнюю элек-| трическую характеристику. Величина индуцированной ЭДС в рамке (якоре) зависит от плот- j ности магнитного потока в момент пересечения витком потока. Индуцированная ЭДС максимальна при перпендикулярном пере-1 сечении проводником магнитного потока, когда проводник рамки] проходит под серединой магнитного потока (полюса). При движе-j нии проводника рамки вдоль магнитного потока (в любом направлении), пересечение магнитных силовых линий отсутствует, а зна- \ чит, отсутствует и явление электромагнитной индукции и ЭДС = 0. | За 1 оборот проводник проходит две нулевые точки ЭДС и две — с] наибольшей ЭДС, но с разными знаками. Между нулевыми и максимальными значениями находятся все! промежуточные значения. Выполнив 1 оборот витка и обозначив] на осях координат значение и величины ЭДС в периоде одного] оборота (в каждой 1/4 части окружности), можно графически изобразить изменения индуцированной ЭДС. .Эта кривая называ-] ется синусоидой, а ток называется синусоидальным. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 149 3.3.9. Генератор с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой Взаимодействие обмоток в схеме рассмотрено выше, поэтому к принципиальной электрической схеме можно добавить генераторе падающей характеристикой. Независимая обмотка (рис. 39) питается от сети переменного тока через понижающий трансформатор ПТ и селеновый выпрямитель СВ создает магнитный поток, индуцирующий на щетках генератора напряжение, необходимое для возбуждения дуги. Регулирование тока производится переключением перемычки П числа витков последовательной обмотки: клемма А — диапазон больших токов, клемма Б — диапазон малых токов. Последовательная обмотка из шины — большого сечения, как в сварочной цепи. В пределах каждого диапазона сварочный ток плавно регулируется реостатом РТ. По этой схеме выпускались генераторы ГСО-500 к преобразователям ПСО-500 и др. Генераторы с независимым возбуждением сейчас практически нс выпускаются. РТ Рис. 39. Генератор с независимым возбуждением: а — принципиальная электрическая схема; б — внешние характеристики Для изменения величины сварочного тока нужно изменить величину тока в обмотках магнитных полюсов, так как магнитный поток изменяет свою величину в зависимости от количества ампер, а нс вольт. Последовательно в обмотку возбуждения включают реостат для регулировки тока в обмотках возбуждения. Для получения падающей характеристики в сварочную цепь последовательно включают размагничивающую обмотку, магнитный поток которой направлен навстречу основному намагничивающему потоку якоря. Поток размагничивания споим действием уменьшает поток Намагничивания Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 149 па якорь, а в случае короткою замыкания — уравновешивает его (т. е. сводит сю действие до минимума), напряжение холостог о хода мгновенно становится нулевым, а при разрыве сварочной цепи (дуга не горит) действие размагничивающей обмотки отсутс1вует (ток в цепи равен нулю), го моментально восстанавливается напряжение холостого хода. В процессе горения дут размагничивающий поток постоянно изменяется в зависимости от изменения тою» в цепи и, взаимодействуя с потоком намагничивания, создает крутопадлюшую внешнюю электрическую характеристику. Величина индуцированной ЭДС в рамке (якоре) зависит от плотности магнитного потока в момент пересечения витком потока. Индуцированная ЭДС максимальна при перпендикулярном пересечении проводником магнитного погона, когда проводник рамки проходит под серединой магнитною потока (полюса). При движении проводника рамки вдоль магнитного потока (в любом направлении), пересечение магнитных силовых линий отсутствует, а значит, отсутствует и явление электромагнитной индукции и ЭДС — 0. За 1 оборот проводник проходит две нулевые точки ЭДС и две — с наибольшей ЭДС, но с разными знаками. Между нулевыми и максимальными значениями находятся вес промежуточные значения. Выполнив I оборот витка и обозначив на осях координат значение и величины ЭДС в периоде одного оборота (в каждой 1/4 части окружности), можно графически изобразить изменения индуцированной ЭДС. Эта кривая называется синусоидой, а ток называется синусоидальным. 3.3.9. Генератор с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой Взаимодействие обмоток в схеме рассмотрено выше, поэтому к принципиальной электрической схеме можно добавить генераторе падающей характеристикой. Независимая обмотка (рис. 39) питается от сети переменного тока через понижающий трансформатор ПТ и селеновый выпрямитель СВ создает машитный поток, индуцирующий на щетках генератора напряжение, необходимое для возбуждения дуль Регулирование тока производится переключением перемычки П числа витков последовательной обмотки: клемма Л — диапазон больших токов, клемма I» — диапазон малых токов. Последовательная обмотка из шины — большого сечения, как в сварочной цепи. В пределах каждого диапазона сварочным ток плавно регулируется реостатом РТ. По этой схеме выпускались генераторы ГСО-500 к преобразователям 158 Сварочные работы ПСО-500 и др. Генераторы с независимым возбуждением сейчас практически нс выпускаются. РТ Рис. 39. Гоператор с независимым возбуждением а — принципиальная электрическая схема, б — внешние характеристики ISO Сварочные работы 3.3.10. Генератор с самовозбуждением и размагничивающем последовательной обмоткой Он относится к системе генераторов с самовозбуждением, имеет падающую характеристику за счет размагничивающей обмотки, включенной последовательно в сварочную цепь, но расположений (как и все подобные) на полюсах магнитной системы статора (рис.40). Питание намагничивающей обмотки берется от дополнительной, третьей щетки с коллектора, расположенной посредине между основными щетками а и б. Благодаря потоку поперечной реакции якоря напряжение между третьей щеткой и основной мало зависит от нагрузки. Поэтому свойства такого генератора практически нс отличаются от свойств генератора с независимым возбуждением. 158 Сварочные работы Рис. 40. Схема генератора с самовозбуждением Фи — намагничивающий магнитный питон: Фр — размагничивающий магн ныи потоп, /т — топ намагничивающей обмотли, РТ — реостат регулирования I (ФJ: а, б. с — щетки на коллектора якоря генераторе, П — перемычка грубой регулировки тока По такой схеме (самовозбуждения) делают генераторы типа ГСО-ЗОО и подобные (усовершенствованные), предназначенные для сварочных агрегатов с бензиновым или дизельным двигателем, а также для сварочных преобразователен — когда якорь вращается электродвигателем. Сварочные агрегаты с ДВС (двигатель внутреннего сгорания) должны иметь мощность не менее 30 л. с. Средний расход горючего при нормальной сварке — 5—6 кг/ч. При недостатке сварочного тока (необычные работы) можно соединять в параллельное электрическое соединение два, три генератора. но однотипных по паспортной характеристике Средний расход электроэнергии при ручной сварке электродами равен 7—8 кВт ч на I кг наплавленного металла. Средний КПД сварочных Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 151 преобразователей и агрегатов — 0,4—0,5% ввиду значительных потерь при работе па холостом ходу. Для сопоставления: у сварочных трансформаторов однотипной мощности КПД = 0,6— 0,7%, а расход электроэнергии на I кг наплавленного металла — 3,5—4,25 кВт • ч. Сварочные агрегаты типа АДБ — бензиновый, ЛДД — дизельный бывают незаменимы при работе на обьектах, где отсутствует электроэнершя или усложнено ее использование, поэтому до настоящего времени они выпускаются и совершенствуются разработчиками. Модели их приведены в приложении-перечне оборудования. В конце 60-х годов начинался выпуск стирочных преобразова- тсдеГг с жесткой и даже универсальной (жесткой и падающей) характеристикой, типа ПСГ-500, ПСУ-500 — для сварки голой проволокой в защитных газах и для ручной сварки. Суть ПСУ-500 в том, что размагничивающая последовательная обмотка, обеспечивающая падающую характеристику, переключалась па роль подмаг- нкликающей с превращением Ф в поток подмагничивания, чем и обеспечивалась жесткая характеристика генератора. Бурное развитие н сог»ср1пснствова1ше выпрямительной сварочной техники в середине 70-х годов позволило многим предприя тиям применить эту более совершенную технику, достоинства которой были настолько очевидны, что почти везде были вытеснены преобразователи, по не агрегаты. 3.3.II. Выпрямители I Сварочный выпрямитель — это аппарат, преобразующий переменный ток в постоянный при помощи полупроводниковых вентилей и состоящий из сварочного трансформатора с регулирующим устройством и блока полупроводниковых вентилей с охлаждающим венгиляторомЛИногда в комплект выпрямителя входит еще дроссель, включаемый в цепь постоянного тока. В выпрямителях в основном используются селеновые, кремниевые вентили и управляемые тиристоры. Дроссель служит для получения падающей внешней характеристики. Первые образцы сварочных выпрямителей для ручной дуговой сварки были разработаны во ВНИИЭСО в I955 г., а изготовлены в I956 г. Они имели низкий КПД (менее 65%) и большой вес, затем совершенствовались. С^Ушествуютдвс типовые схемы выпрямления: однофазная мостовая схема двухполупериодного выпрямления (рис. 4I) и трехфазная мостовая схема. Трехфшзная схема обеспечивает меньшую пульсацию напряжения, лучшее использование трансформатора и Сол равномерную загрузку 158 Сварочные работы трехфазной сети. Поэтому в подавляюще большинстве случаев выполняются трехфазные схемы выпрямления токал Рис. 41. Однофазная мостовая схема сварочного выпрямителя Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 151 (Полупроводниковые элементы проводят ток только и одном направлении и используются в сварочной технике для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный. В качестве материала для полупроводникового вентиля служат селен, кремний. германии. 1 Селеновые вентили имеют меиьэпектрод ший КПД, но обладают большей пе- ^ селен, регрузочной способностью, чем крем- основание * Рис. 42. Селеновый нежиль ниевые. Селеновый вентиль (рис. 42) (схема) состоит из тонкого металлического основания, слоя кристаллического селена и электрода из специального сшита. Выпрямительными свойствами обладает тонкий запирающий слой на границе селена и электрода. Запирающий слой и селеновых вентилях образуется между селеном и селенистым кадмием. Селеновые вентили применяют в выпрямителях с падающий и жесткой характеристикой, а кремниевые — главным образом п выпрямителях с падающий характеристикой, где ток короткого замыкания незначительно превышает рабочий ток. Кремниевые вентили требуют интенсивного охлаждения, поэтому обязательно в выпрямителях устанавливают охлаждающие вен- i идятори с датчиком давления струи воздуха. Запирающий слой кремниевых, германиевых полупроводниковых вентилей образуется между основным полуиро1юдниконым материалом и тем же материалом с введенными в него примесями (в малых долях процента). Из схемы на рис. 43 видно, что в каждый момент времени ток проходит через два вентиля. В течение одного периода происходит шесть пульсации выпрямленного тока вместо двух пульсаций при однофазной схеме. В сварочных выпрямителях выпрямительный блок собирается по трехфаэной мостовой схеме из полупроводниковых вентилей.- Известную трехфазную схему с нулевым выводом не применяют, гак как отрицательные полуволны не выпрямляются и в каждый момент работает только один блок (вентиль). 158 Сварочные работы В трехфазной мостовой схеме выпрямления (схема Ларионова) выпрямленное напряжение в лва раза больше, чем в схеме с нулевым выводом при одном и том же действующем напряжении переменного тока, подводимого к выпрямителю. Кроме того, в мостовой схеме при том же значении выпрямленного напряжения величина обратного напряжения в дна раза меньше, чем в нулевой схеме. Следовательно, в мостовой схеме можно применять вентили с более низким значением допустимого обратного напряжения К трехфазному мосту подводится напряжение от вторичной обмотки силового трансформатора (см. рис. 43). Рис. 43. Трехфазнэй система выпрямления переменною тока Выпрямительный блок имеет две группы вентилей нечетную группу (вентили I, 3. 5). у которых вес катоды соединены в одну точку и образуют «плюс» выпрямителя, и четную группу (вентили 2, 4, б), у которых вес аноды соединены в одну точку и образуют Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 151 «минус* выпрямителя. В каждый момент времени работают лишь два элемента из шести (один из четной, другой из нечетной группы); ток проходит по цепи, обозначенной пунктирной линией, между теми фазами, напряжение между которыми п данный момент имеет наибольшее значение. I (ульсация выпрямленного тока имеет шссги- фазную частоту (300 Ги при частоте напряжения в сети 50 Гц). Таким образом, при грехфазной мостовой схеме кривая выпрямленного напряжения получается хорошо сглаженной (рис. 44). »гто важно для создания условий устойчивого горения дуги. ^Следует отметить, что в большинстве сварочных выпрямителей для большего сглаживания пульсации в цепь выпрямленного тока включаются дроссели. Падающая характеристика в сварочном выпрямителе создается включением в цепь реактивной катушки или применением трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием Во многих вы- прямитслях трансформаторы имеют подвижные первичные обмотки. Регулирование сварочного тока производится при помощи секционированных обмоток трансформатора, специальным дросселем насыщения или изменением расстояния между обмотками. Особо следует отмстить широкое применение в последние гиды управляемых полупроводниковых вентилей — тиристоров н сваечных выпрями телях, которыми очень легко регулировать сварочный ток (как ipoMKocn* у радио). Управляемым тиристором полупроводниковый вентиль становится тогда, когда при подведении к нему напряжения, приложенного в проводящем направлении, он не пропускает тока до тех пор, пока он не 158 Сварочные работы открывается при помощи специального управляющего электрода. Выпрямители выпускаются с различными внешними электрическими характеристиками, на малые и больший сварочные токи, однопостовые и многопостовыс, например, модели ВД-309, ВД-313, ВД-306, ВДУ-505, ВДУ-506, ВДМ-1202. ВДМ-630 и другие - для различных способов сварки (см. рис. 45—47). Рис. 45. Сварочный выпрямитель ВД-301 В многоностовых выпрямителях применяется шсстш|шная схема выпрямления (рис. 48). Вторичная обмотка состоит из двух трех- фазпых обмоток, соединенных каждая в звезду с выведенным нулем (первичная обмотка трансформатора на рис. 48 нс показана). В сварочных выпрямителях для цепей управления также используются выпрямительные блоки, но в отличие от силовых они собираются по однофазной мостовой схеме (рис. 49). В этой схеме вентили включены в 4 плеча, образующие мост. В одну диагональ включена нагрузка, шггаемая постоянных! током — потребитель, а в другую—;] однофазный источник. В этой схеме происходит выпрямление обеих полуволн переменного напряжения. При одном направлении переменного напряжения ток npoxcvurr через два вентиля, лежащие и противоположных плечах, например / и 3. Во вторую половину пс- Гпаев 3. Оборудование, технопошя сварки и резки Рис. 47. Сварочный выпрямитель ВДУ-1601 157 158 Сварочные работы Рис. 48. Шестифазная схема выпрямления напряжения Рис. 50. Выпрямленный ток Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 1S9 риода, при обратном направлении напряжения, ток проходит вентили 2 и 4 Следовательно, направление тока в нагрузке (потребители) в оба полупериода не изменяется. Частота пульсации тока 100 Гц (рис. 50). Обратное напряжение в плече, которое нс проводит в данный момент ток, равнодействующему значению переменного напряжения, так как это плечо присоединено через другое работающее плечо к источнику переменного тока. В сварочных выпрямителях отечественного производства применяются в основном селеновые и кремниевые подупроводатиковые вентили, а германиевые вентили применяются лишь для маломощных выпрямителей. В последние гады и конструкциях выпрямителей роль вентилей выполняют тиристоры управляемые (например, тиристор Т-160). Все выпрямители оснащены пуско-регулирующий и защитной аппаратурой для включения, выключения, зашиты выпрямительного блока и выпрямителя в целом от перегрузок, настройки выпрямителя на заданный режим и контрили за его соблюдением. Рассмотрим отличительные особенности селеновых и кремниевых вентилей по КПД и надежности. Селеновые вентили имеют более низким К ПД, но дешевле по стоимости изготовления и обладают большей перегрузочной способностью. Они используются в выпрямителях с любой внешней характеристикой. Размеры селеновых пластин 100 х 400; 100 х 100 мм. Допустимый ток на I см2 площади селеновой шайбы (вентиля) 0,05 А. Кремнисвые вентили кроме повышенного КПД имеют большую надежность в работе, так как обратное напряжение у них выше и герметизация лучше. Такие вентили применяют главным образом в выпрямителях с падающими внешними характеристиками, так как гок короткого замыкания этих характеристик мало отличается от рабочего. В выпрямителях с жесткими характеристиками ток короткого шмыгания может превышать рабочее значение в 4-8 раз. Кремниевые вентили применяются при условии.что характеристика формируется с помощью дросселя насыщения, а схемой его управления предусмотрено ограничение тока короткого замыкания. Во всех сварочных выпрямителях па кремниевых вентилях для их защиты от перегрузки при коротком замыкании вторичном обмотки или выходе из строя одного из вентилей во вторичной цепи устанавливают магнитный усилитель (МУ), быстро отключающий установку от сети. Промышленностью выпускается и применяется два типа кремниевых вентилей для сварочных 158 Сварочные работы выпрямителей: ВК-200 (ВК2-200) и ВК-50 — с допустимым обратным напряжением 150 Вис воздушным охлаждением. Германиевые вентили с воздушным охлаждением выпускаются в России для токов до 50 А. Вентили больших токов имеют водяное охлаждение и их использование в сварочных выпрямителях практически невозможно. Многоиостовые сварочные выпрмм1гтелн одновременно питают током несколько сварочных постов при ручной или механизированной сварке. Обязательное условие — независимость работы каждого поста от работы остальных. Поэтому внешняя характеристика источника питания должна быть жесткой. В настоящее время есть несколько оправдывающих себя моделей многопостовых выпрямителей, например серии ВДМ, ВКСМ. До появления многопостивых сварочных выпрямителей выпускались многопостоные сварочные преобразователи ПСМ-1000 (на 1000 А) с вращающимся якорем генератора со скоростью 2925 об/мин от электродвигателя большой мощности и с большим расходом электроэнергии — на 1 кг наплавленного металла К)—11 кВт • ч. ПСМ-1000 может питать 6 работающих сварочных постов. Созданные миого- постоныс сварочные выпрямители ВКСМ-1000 для замены преобразователей ПСМ-1000 имеют вес 625 кг (против 1500 кг у ПСМ- 1000), их КГ1Д выше на 13%. есть и много других преимуществ. Трансформатор выпрямителя трехфазный с нормальным рассеянием. Первичная обмотка соединена треугольником и имеет отпайки, позволяющие повысить напряжение вторичной обмотки На 5%. Вторичная обмотка соединена шестифазной звездой. Выпрямительный блок собран из кремниевых вентилей, схема выпрямления шестифазная, в каждой фазе по 2 вентиля параллельно Вентили размещаются по периметру медной шины в один ряд. Охлаждение принудительное — воздушное. Защищает вентили от большого тока короткого замыкания быстродействующий автомат. Для регулирования сварочного тока и получения необходимой при ручной сварке падающей характеристики на каждом посту устанавливается реостат. Он состоит из секций с разным сопрогивле- нием. Пятью или шестью рубильниками можно включить параллельно разные комбинации сопротивлений, что даст 20 ступеней регулирования. Наиболее широкое применение получил балластный реостат РБ-300-1. Сопротивление реостата выполнено в вилс проволоки из медно-никслисвого сплапа конегшпан, который очень незначительно меняет свое омическое сопротивление от Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 161 naipcoa при нрохождешш сварочного тока, а это для режима сварки очень пажно (рис. 51). Внешняя характеристика источника питания после балластного реостата — пологопадающая. Количество постов, которые могут быть одновременно подключены к работе, определяется по формуле где — номинальный ток генератора; /р — средний сварочный гок поста; к' — коэффициент одновременности работы (обычно к — 0,6). Регулировочные диапазоны балластовых реостатов: РБ-201 — от 10 до 200 А через каждые 10 А. Рис. 51. Внешний вид и схема балластного реостата РБ-302 — от 15 ло 300 А через каждые 15 А. РБ-501 — от 25 ло 500 А через каждые 25 А. На лицевой верхней стороне балластного реостата имеется таблица, указывающая порядок установления нужного сварочного тока, т. е. включение необходимых рубильников в разном сочетании и соответствие величины тока какому-либо сочетанию. Сварочные выпрямители имеют следующие преимущества перед мотор-гсператорными преобразователями: 1. Более высокий КПД (0,74 против0,54). 2. Высокие сварочные свойства и более широкие пределы регулирования сварочного тока и напряжения. 3 Меньший нес (ПСО-ЗООМ = 330 кг; ВД 302 = 220 кг). 4 Бесшумность в работе и отсутствие вращающихся частей (не считая вентилятора). 5. Большая простота изготовления 158 Сварочные работы 6. Меньше затраты на обслуживание. 7. Высокая надежность при эксплуатации. 8. Широкие возможности для замены медных обмоток алюминиевыми. К недостаткам выпрямителей следует отнести: !. Чувствительность к перегрузкам. 2. Невозможность ремонта вентилей или вентильных блоков. 3. Чувствительность к изменением напряжения питающей ее3.3.12. Сварочные трансформаторы Сварочные трансформаторы выпускаются для ручной дуговой сварки, для автоматической сварки под флюсом, для электро ковой сварки. Трансформатор — это статический электромагнитный annapaij преобразующий энергию переменного тока одного (высокого) напряжения в другое напряжение (пониженное). Преобразование эн гни в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем с использованием нужного количества витков в обмотках, н холящихся на магшпопроводе. Па магнитопроводс размещаю две обмотки — первичная и вторичная. Конструктивно трансформаторы сварочные выполняются с дросселем, с пакетом (шунтом) рассеяния, с подвижными обмотками, либо с секционированными обмотками. Сварочный дроссель (для дуговой сварки) — это регулируемое индуктивное сопротивление, включаемое последовательно с дугой в сварочную цепь переменною тока. Трансформатор с дросселем — это объединение понижающего силового трансформатора с дросселем, включаемым в сварочную цепь последовательно с дугой для повышения индуктивности. Дроссель может быть конструктивно выполнен отдельно от трани)юрма- тора (дпухкорпуснос исполнение) или же расположен на общем магнитол роволс — в едином корпусе (однокорпусное исполнение). Внешняя характеристика — крутопадающая. Трансформатор с пакетом (шунтом) рассеяния — сварочный трансформатор, н котором для повышения индуктивности и pciy- лнрования величины магнитною потока, воздействующей) на вторичную обмотку, между первичной и вторичной обмоткой ВВОДИТСЯ пакет (шунт) рассеяния, которым отвлекается часть магнитного потока, действующего на вторичную обмотку. Перемещением пакета выполняется регулировка сварочною тока. Внешняя характеристика — крутопадяющая. Трансформа юр с подвижными обмотками — сварочный транс((юрматор, в котором для повышения индуктивности перемещают обмотки на Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 161 маппгтопроводе, за счет этого изменяются потоки рассеяния и таким образом регулируется сварочный ток, т. е. вторичная обмотка может быть под воздействием более плотного магнитного потока первичной обмотки — при сближении их, или может быть под слабым, очень рассеянным магнитным потоком — при максимальном удлленни обмоток друг от друга. Сварочный ток во втором случае будет самый милый. Это так называемые трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием. Внешняя характеристика — крутопадающая. Трансформатор для элсктрошлаковой сварки — понижающий трансформатор, отличающийся от обычного сварочного трансформатора широким диапазоном регулирования вторичного напряжения, которое может осуществляться путем секционирования обмоток трансформатора или же применения специальных регулировочных (вольтодобавочных) трансформаторов малой мощности. У трансформатора жесткая характеристика. Любой сварочный трансформатор имеет сердечник — млшито- провол из трансформаторной стали, от магнитных свойств которой (магнитол рои ицаемости) во многом зависит вес трансформатора. Трансс|юрматорная сталь — это тонколистовая низкоуглеродистая сталь с повышенных! содержанием кремнии (до 4%) и низким содер-| жанисм серы и фосфора (до 0,02%), из которой изготовляют магнитом ро поды трансформаторов и других электрических аппаратов и машин, подвергающихся попеременно намагничиванию и размагничиванию. От свойства максимально, почти без потерь пропускать через 1 себя магнитный поток зависит вес аппарата при конкретной мощ-j пости, т. е. чем выше магнитная проницаемость стали, тем меньше се потребуется для аппарата. В промышленности имеются такие сварочные аппараты с высококачественной трансформаторной сталью, вес которых npi одинаковой мошносш в грн раза меньше. Все сварочные трансформаторы работают на принципе (явлении) электромагнитной индукции, т. с. переменный по направлению (с частотой тока) магнитный поток в магии юпроводе, обр зовашиийся от действия переменного тока первичной обмагкШ пересекает витки вторичной обмотки трансформатора и по закс ну электромагнитной индукции индуцирует (возбуждает) в ней ЭДС — напряжение. И пока вторичная цепь (сварочная) нс 158 Сварочные работы будс замкнута, во вторичной цепи тока (кроме напряжения) не будет. Крутопадающие и падающие внешние электрические характ рнстики сварочных трансформаторов обеспечиваются индуктмвгаН ми сопротивлениями (дросселями и т. п.) в сварочной цепи, т. е. и цепи вторичной обмотки, включенными последовательно. Инду тмвное сопротивление — это ЭДС самоиндукции препятствует прохождению сварочного тока и приводит к падению напряжения на дуге, созданию падающей характеристики источника питания. От величины ЭДС самоиндукции, т. с. реактивной ЭДС зани-] сит крутизна графической линии внешней характеристики. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 161 Индуктивность в сварочной цепи исключает перерывы горения дуги и этим улучшает стабильность горения дуги ни переменном токе при переходе его через пулевое значение напряжения. Регулирование сварочного тока и трансформаторах производится за счет изменения величины индуктивного сопротивления или изменением величины вторичного напряжения холостою хода трансформатора путем секционирования числа витков первичной или вторичной обмоток, но это даст ступенчатое, а не плавное регулирование тока. Существенным недостатком всех сварочных трансформаторов является низкий коэффсииснт мощности cos ф. Этот недостаток порожден принципом устройства трансформатора, в котором падающая внешняя характеристика создается высокой индуктивностью цепи сварочной. Для надежного зажигания дуги требуется напряжение холостого хода трансформатора должно быть нс менее 65 В, тогда как напряжение сварочной дуги 20-30 В. Индуктивное сопротивление создает большие потерн мощности, поэтому для сварочных трансформаторов коэффициент мощности cos ф = 0,Ф* 0,5. Сварочные трансформа три подразделяются но конструктивным признакам на три группы: I. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и отдельной реактивной обмоткой (дросселем) (рис. 52). Реактивная (дроссельная) обмотка включается в сварочную цепь последовательно. Падающая характеристика и регулировка тока сварки обеспечивается электродвижущей силой (ЭДС) самоиндукции, возникающей в обмотке дросселя и только при наличии в обмотке сварочного тока. Мапштопровод дроссельной катушки имеет своей составной частью подвижной пакет, являющейся частью магшпипройола дросселя. Величиной зазора в магнитном иаксге регулируется величина магнитного потока в этом магнитопроводе. Чем меньше зазор, тем больше магнитный поток, так как он меньше ослабляется (тсрясгся) в воздушном зазоре, а чем больше шор, тем меньше магнитный поток в магнитопроводе дросселя. От величины этою магнитного потока зависит величина ипдукшрованной ЭДС самоиндукции, которая всегда направлена на- 1 158 Рис. 54. Трансформатор с магнитным шунтом* Рис. 52. Трансформатор с дроссе1— магнитный шунт, лемповорачивающийся в отдельном корпусе 1 — до вокруг активная з — зазор в оси катушка; по направлению регуляторе стрелок, либо выдвигающийся; 2— первичная обмотка. 3 — вторичная обмотка; 4 — магнипюпроеод (сердечник) Сварочные работы Рис. 53. Регулятор с дросселем на общем середечнике 1 — реактивная катушка, з — зазор а регуляторе встречу прохождению основного, сварочного тока в цепи, и чем бол. ше эта ЭДС, тем меньше сварочный ток. Максимальная всличи: ЭДС самоиндукции бывает при самом малом запоре в подвнжн: пакете матитопровола, когда наибольший магнитным поток, тогда сварочный ток минимальный. Величина магнитного потока при большом воздушном зазоре в магнитопровсадс самая малая, ЭДС от этого очень мала, а сварочный ток наибольший, так как он не нечаст препятствия при своем прохождении по проводнику За счет этих явлений взаимодействия и регулируется плав величина тока, и обеспечивается падающая характеристика источи ника тока. Эта схема в прошлом хорошо себя зарекомендовала и исп попалась в промышленности около 40 лет, примерно до 1967 г. Hd Гпява 3. Оборудование, технология сварки и резки 167 достатками се были большой асе трансформаторов, невысокий КПД из-за потерь, сравнительно завышенный расход цветных металлов. По такой схеме выпускались трансформаторы типа СТЭ-22, СТН-500, СТЭ-34. СТЫ-700, ТСД-1000 и им подобные. Трансформаторы типа СТН были предложены академиком В. П. Никитиным сшс и 1925 г., татем под его руководством были усовершенствованы. Реактивная обмотка (дроссель) выполнялась либо в отдельном корпусе, либо п«1 общем сердечнике) (рис. 53) с применением согласного или встречного направления магнитного потока реактивной катушки к основному потоку трансформатора. 2. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием. Увеличенные магнитные потоки рассеяния вызывают появление во вторичной обмотке трансформатора реактивной ЭДС К трансформаторам этой труппы относятся трансформаторы с магнитными шунтами пакетами из трансформаторной стали (рис. 54), трансформаторы с подвижными катушками и трансформаторы со ступенчатым (витковым) регулированием тока. Т р а н с ф о р м а т о р ы с м а ш и т н ы м ш у н т о м типа СТАН-0, СТАН-!. ОСТА-350, СТШ-250, СТШ-500 и прутис подобные не выпускаются с 1965 г В свое время они себя прекрасно зарекомендовали (надежность, мягкость процесса сварки), но они неэкономичны но металлу и электроэнергии. Роль шунта магнитного заключается в том. »ггобы уменьшать или увеличивать магнитный поток (рассеяние), идущий на вторичную обмотку, отвлекая па себя часть магнитного потока. Т р а и с ф о р м а т о р ы с п о д в и ж н ы м и к а т у ш к а м и сейчас выпускаются массово и имеют определенные достоинства но диапазонам регулирования тока, хорошей динамике, плавности регулирования и в особенности по удержанию стабильным установленного тока, чего нельзя сказать о трансформаторах СТЭ и СТН, у которых приходилось припязыпать ручку регулировочную, чтобы при сварке она самопроизвольно нс выкручивалась, убавляя при этом ток, так как на нее от подвижною пакета передавались значительные переменные магнитодинамическис силы с вибрацией. В большинстве выпускающихся сейчас сварочных трансформаторов используется принцип перемещения вторичной катушки 158 Сварочные работы относительно неподвижной первичной. Этим изменяется индуктивное сопротивление сварочной цепи и обеспечивается крутонадаютая Рис. 55. характеристика источника тока. Для расширения Трансформатор с пределов регулирования сварочного тока в подвижными катушками: трансформаторах конструктивно предусмотрено 1 — сердечник (магни- переключение на режим малых или больших токов топровод}; того же диапазона плавною 2— епюричная обмот- использование регулирования тока. Это достигается за счет ка, 3 — первичная обмотка; А — конден- переключения вторичных обмоток с параллельного сатор (гаситель (когда большие токи) на последовательное соедиэфирных помех) нение (на малые токи). Конструктивно трансформаторы этой группы (рис. 55) устроены и работают- следующим образом. На нижней част и сердечника / находит ся первичная обмотка 3, состоящая из дв* катушек, расположенных на двух стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка 2также состоит из двух катушек, но име возможность перемешаться по магнитопроводу, приближаясь и уг ляясь от первичной катушки. Катушки первичной и вторичной обмотки соединены паралл но. Вторичная катушка скреплена специальной траверсой с рез боным отверстием в центре траверсы. Через это отверстие прохо (вертикально) регулировочный вит-, имеющий на верхнем кон рукоять. Вращением этой рукояти с помощью винта траверса с ричной обмоткой перемещается вверх — вниз до предельных рас яний. Чем ближе катушки первичной и вторичной обмоток друг щ другу, тем меньше рассеяние Mai нитного потока и индуктивное с: противление, тем больше сварочный ток. Пределы регулирован}! сварочного тока от 70 до 500 А. На лицевой стенке трансформат имеется прорезь с указателем ориентировочной силы тока. Трап форматоры этой группы очень надежны и при нормальной эксп агапии даже в условиях учебных мастерских работают более 15 лет. Гпава 3. Оборудование, технология сварки и резки 169 Перечень моделей трансформаторов, а также другого сварочного оборудования, выпускаемого промышленностью России, с их техническими характеристиками представлен в приложении. 3. Трансформаторы с жесткой характеристикой для IШТания электро шлаковой ванны при ЭШС патоки от 1000до 3000Л, модели ТШС-1000-1.ТШС-3000-1 - однофазные и ТШС-1000-3. ТШС-600-3, ТШС-3000-3 — грехфазные имеют секционированные первичные и вторичные обмотки для регулирования вторичного напряжения. Изменение вторичного напряжения переключателем витков первичной OOMOIKH производится контрол- лсром. приводимым в действие электродвигателем, управляемым дистанционно — с рабочего места сварщика. Витки вторичной обмотки переключаются перестановкой перемычек. При ЭШС практически отсутствует луговой процесс, а плавление металла происходит за счет высокой температ уры расплавленного шлака (до 2000'С) за счет прохождения тока через шлак. К специализированным сварочным трансформаторам можно отнести малогабаритные, маломощные переносные (монтажные) грансформаторы, в том числе и бытовые, с ПР = 20%, пригодные дня сварки с большими перерывами (1 минута сварки, 4 минуты пауза). Такие трансформаторы позволяют выполнять сварку электродами диаметром 2,3,4 мм с хорошими результатами. Трансс1х>рмато- ры имеют увеличенное магнитное рассеяние и секционированные вторичные обмотки, подвижную вторичную обмотку и падающие внешние электрические характеристики. Специальные многопостовые сварочные трансформаторы нс выпускаются, но при необходимости можно использовать любой сварочный трансформатор достаточной мощности для дпух и более сварочных постов, применяя на каждом посту свой отдельный дроссель (регулятор), которым устанавливается потребная величина тока, например дроссель РСТЭ-34. Падающая характеристика на каждом посту создается своим, отдельным дросселем. Два-три сварочных поста можно питать, например, от трансформатора ТДМ-503, три—четыре — от ТСД-ЮОО — рис. 57, используя для каждого поста отдельный дроссель. 158 Сварочные работы Рис. 56. Питание от трансрис. 57. Питание от трехфазносо трансформаторов с отдельными форматора с отдельными дросселями дросселями для каждого поста сварки Можно использовать любой понижающий трехфазный трансформатор достаточной мощности и с необходимым вторичным напряжением обмотки, но с персональным дросселем (регулятором) для каждого поста. Схемы многопостового питания сварочной дуги переменным током даны на рис. 56 и 57. 3.3.13. Источники питания для сварки алюминия Затруднение при сварке алюминия и сплавов вызывает тугоплавкая окисная пленка поверхности металла. В расплавленной ванне окислы находятся в твердом состоянии, что препятствует получе нию качественного соединения. Дуговая сварка н инертных газах плавящимся и вольфрамовым электродами отличается тем, что при Обратной полярности (плюс на электроде) постоянного тока или при переменном токе (в полупериоды обратной полярности) происхс разрушение (и даже оттеснение к краям ванны) окисной пленки без применения флюсов вследствие явления катодного распыления и токовых импульсов. Сварка плавящимся электродом производится иа постоянном токе обратной полярности. В качестве источников питания используются сварочные выпрямители и генераторы с жесткими и падающими внешними электрическими характеристиками. При сварке вольфрамовым электродом питание дуги, как правило. производится переменным током от трансформаторов, входящих в состав специальных установок. Теплофизичссккс свойства электрода и изделия Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 различны» поэтому условия существования дугового разряда при смене полярности будут также различными. В кривой тока появляется составляющая постоянного тока, т. е. происходит частичное выпрямление переменною тока. Наличие этой составляющей отрицательно сказывается на качестве сварки, поэтому со- ставлякинуто постоянного гока необходимо устранять. С начала 60-х годов много лет выпускались установки для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе типа УДАР конструкции ВНИИЭСО. В настоящее время выпускаются усовершенствованные установки типа УДГ, но вся принципиальная основа в них использована от установок УДАР. В установку типа УДАР входит сварочный трансформатор СТЭ- 24-У или СТЭ-34-У соответственно на токи 300 и 500 А. Регулирование сварочного гока производится дросселем насыщения, который имеет рабочие обмогки, включаемые последовательно со вторичной обмоткой трансформатора, и подмагничиаающую обмеггку. Перестановкой перемычек на лоске зажимов дросселя рабочие обмотки его включаются последовательно (ступень меньших токов) иди параллельно (ступень больших токов) между собой. Регулирование тока в пределах каждой ступени производится плавно, изменением тока подмагничнвания. Питание обмотки полмагничива- ния производится от понижающего трансформатора через селеновый выпрямитель. Для подавления составляющей постоянного тока в сварочную цепь последовательно с источником питания включена батарея конденсаторов. Возбуждение дуги происходит с помощью осциллятора, последовательно включаемого в сварочную цепь. После установления дугового разряда (дуги) питание осциллятора автоматически отключается и включается импульсивный стабилизатор, который подает на луговой промежуток (дугу) нмпуль- сы напряжением 300 В н полупериоды обратной полярности. Стабилизатор обеспечивает надежное восстановление душ в эти периоды при низком напряжении холостого хода трансформатора. Для работы па малых токах в схеме установки предусмотрена система «горячего пуска* с целью надежного возбуждения дуги. Действие системы заключается и том. что возбуждение дуги происходит при гоке 100 А с последующим автоматическим переключением на необходимое значение тока меньше 100 А. Кроме того, в состав установки входит ряд дополнительных элементов, обеспечивающих необходимый цикл работы установки и контроль 158 Сварочные работы за соблюдением режимов сварки. Ьолее совершенная конструкция установки для сварки алюминиевых сплавов — это модель УДГ, которая выпускается в настоящее время вместо установок типа УДАР. Эти установки имеют однокорпусное исполнение. Шкаф управления включает в себя следующие узлы 1. Сварочный трансформатор. 2. Контактор для включения первичной обмотки сварочного транс(|юрмятора. 3. Ьлок магнитного усилители для управления сварочным током. 4. блок конденсаторов. 5. Ьлок аппаратуры для управления работой установки. 6. Ьлок поджигания для возбуждения и поддержания горения дуги. 7. Ьлок ограничения работы осциллятора. 8. Панель органон управления и контроля за работой установки. Сварочные трансформаторы типа ТРПШ-300 для УД Г-301 или ТРПШ-500 для УДГ-501 являются однофазными понижав щими трансформаторами с полмштшчиваюшим шунтом. Первичная и вторичная обмотки трансформатора состоят из 2 катушек. Специальным переключателем катушки обеих обмоток одновременно переключаются последовательно или параллельно между собой. Переключателем устанавливается диапазон сварочных токов. Внутри диапазона сварочный ток регулируется плавно в резуг тате изменения тока в обмотке подматичивания шунта. В устал кс УДГ-301 для расширения диапазона сварочных токов последовательно в сварочную цепь включается дроссель Др I (рис. 58). Блок конденсаторов состоит из 50 конденсаторов типа ЭС (i 000 МКФ, 12 В), включенных параллельно. В установке УДГ-301 установлено дна блока, а в установке УДГ-501 — три блока конденсаторов. Элсктросхсма установки обеспечивает: 1. Зажигание дуги пробоем дугового промежутка высокочастотной искрой импульсного осциллятора, который для снижения помех радиоприему работает по циклу: I с — работа, 9 с — пауза. 2. 11оллсржапие горения дут импульсным стабилизатором. 3. Компенсации постоянной составляющей сварочного тока батареей конденсаторов (С I). 4. Грубое и плавное регулирование сварочного тока. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 5. Заварку кратера специальным устройством. Рис. 58. Элскгросхемв установки типа УДГ ПС1, ПС2— переключатель специальный; Др1 — дроссель (для УДГ-301); Др2 —дроссель з защита от напряжения осцилляторе С} — емкость J высокой частоты; С, — батарея конденсаторов из двух (трех) блоков для компенсации постоянной со ста оляюще и сварочного тока, т. е. частицы выпрямленного переменного сварочного тока, Став. — стабилизатор восстановления дуги, ОС — осциллятор 6. Защиту элементов установки от напряжения высокой частоты осциллятора с помощью индуктивно-емкостного фильтра (Др 2. С2). 7. Полачу аргона за 0,15—4 с. До начала сварки и прекращение полами аргона через 2—30 с после окончания сварки. 8. Включение и выключение сварки с помощью выключателя сварки. Имеются еще источники литания И ПК-120 и И ПК-350-4, предназначенные лля ручной, полуавтоматической и автоматической свар** ки алюминиевых сплавов нсплавящимся электродом. Источники имеютаднокорпусное исполнение. Элементы установки: сварочный трансформатор, конденсаторная батарея, осциллятор, стабилизатор, реостат заварки кратера, защитный фильтр, пускорсгулирукмнля аппаратура. В источнике И ПК-! 20 регулирование тока производится дросселем насыщения, а в И ПК-350-4 изменением подмагничишшия шунта трансформатора. Технические данные источников УДГ н И ПК приведены в табл. 3 3.3.14. Специализированные источники питания Особенность источников в том, что сварочный ток поддерживается постоянным при изменении длины дуги и напряжения в питающей сети. 158 Сварочные работы Принципиальная электрическая схема с помощью тиристоров (управляемых кремниевых вентилей) предусматривает специальные источники питания постоянного тока с унифицированными блоками для аргоно-дуговой и плазменной сварки, наплавки, налы ления и резки. Осцилляторы специализированных установок В специализированных источниках питания для облегчения зажигания и устойчивого горения дуги применяются специал: ные приборы — искровые генераторы, называемые осцилляторам! Осциллятор имеет небольшую мощность, до 150 Вт и преобраз ток промышленной частоты (50 Гц) и низкого напряжения (60 220 В) в ток высокой частоты (60—300 кГц) и высокою напряжения (2500—6000 В). Этот вспомогательный переменный ток посреди наложения его на дуговой промежуток пробивает газовый про жуток при отсутствии или ослаблении основного сварочного тока (снижение ионизации газа между электродами). Искровой разряд при пробое газа создает капал с достаточно высокой степенью ионизации и электронроволмостъю и открывает путь прохождению сварочного тока. Высокое напряжение вспомогательного зажигающем о тока необходимо для легкого пробоя газового промежутка между электродами, а высокая частота тока необходима для устранения опасного воздействия (поражения) тока на организм человека. Ток высокой (радио) частоты (примерно 50 кГц и выше) вследствие своих свойств проходит только по наружному, тонкому слою кожных покровов человеческого тела, нс задевая нервных окончании. Мощность вспомогательного тока осцилляторов приходи гея ограничивать ДО 100 Вт и менее, так как тепловое действие тока остается и при высокой частоте, и ток значительной мощности может вызывать ожоги тела, разрушать изоляцию при замыканиях. Одновременное наложение на дуговой промежуток параллельно действующих основного сварочного тока низкой частоты и вспомогательного зажигающего тока высокой частоты достигается зависимостью индуктивного R, и Rc сопротивлений от частоты тою»: R t =2nfL и Rc=* 2я/С' где /— частота тока; L — коэффициент самоиндукции; С — емкость цепи. Индуктивное сопротивление прямо, а емкостное обратно пропорционально частоте тока Поэтому можно осуществить одновременное параллельное питание дуги Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 сварочным током низкой частоты от сварочного трансформатора и вспомогательным током зажигания от генератора высокой частоты (осциллятора) через фильтрующие конденсаторы — как показано на схеме (рис. 59). Осциллятор возбуждает дугу без касания электродом изделия и поддерживает се устойчивое горение без всяких других мер. Промышленность выпускает для сварочных установок различные модели осцилляторов с различным первичным и вторичным Рис. 59. Схема наложения тока высокой частоты на сварочную дугу напряжениями от 2500 до 6000 В, мощностью от 50 до 150 Вт, весом от 7 до 15 кг, но, как правило, они являются встроенными в специ-1 ильные ИСТОЧНИКИ питания и отдельно сейчас нс реализуются за ненадобностью. Еще в 40—50-е годы XX в. из-за низкого качества I электродных покрытий осцилляторы широко применялись при руч-1 ной сварке. С подключением осциллятора к держателю и изделия сварочной цепи (буквально подключались булавками) можно было! выполнять сварку даже голой проволокой, поэтому в то время они имели реализацию как самостоятельные единицы. С повышением качества электродных покрытий применение осцилляторов резко сократилось. Первичная обмотка небольшого повышающего трансформатора Тр питается от вторичной обмотки сварочного трансформатора или от сети с напряжением 220 В (рис. 60), а вторичная, создающая! напряжение 2000+6000 В, питает колебательный контур из индукционной катушки L и конденсатора, шунтированных искровым разряд! ником Р, искровой промежуток которого отрегулироган на напряжен нис, меньшее амплитуды вторичного напряжения 158 Сварочные работы трансформатора Тр, При работе, по мере возрастания мгновенного напряжения транс-j форматора от нуля, наступает пробой воздушного промежутка, и колебательный контур, состоящий из индуктивности L, емкости С С Рис. 60. Схема осциллятора Гр — повышающий трансформатор осциллятора; L — индукционная катушка, Р — разрядник, С — емкость, ВЧ — высокая частота тока и разрядника Р, оказывается замкнутым накоротко через искру разрядника. В этом случае в колебательном контуре возникают собственные элсктромагнитимс колебания, генерируется ток высокой частоты, частота которою определяется параметрами контура. Приближенно, если пренебречь омическим сопротивлением колебательного контура, частота /возникающих колебаний определяется соотношением: I 2пЛ.С ' где: L индуктивность; С — емкость колебательного контура. Применение осцилляторов влечет увеличение изоляционной зашиты оборудования и требует квалифицированного ухода и обслуживания разрядника. Осцилляторы создают помехи радиоприему. 3.3.15. Источники питания дли плазменных процессов Плазма — это газ, состоящий из положительно и отрицательно пряженных частиц, общий заряд которых равен нулю, т. е. это четвертое состояние вещества. Для плазменной обработки металлов и с пользуется концентрированный источник нагрева — плазменная (сжатая) дуга или плазменная струя. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 Устройство, обеспечивающее формирование таких источников тепла, называют плазмотроном, или плазменной горелкой. Несмотря на разнообразие конструкций плазмотронов, принцип действия их одинаков. Он основан на принудительном охлаждении и сжатии дуги соплом и потоком газа или жидкости. Применяют два типа плазмотронов: с дугой прямого действия а и с дугой косвенного действия б (рис. 61). В обоих типах одним из электродов служит тугоплавкий стержень (в большинстве случаев вольфрамовый или гафниевый и подоб.) Электродный стержень / крепится в корпусе плазмотрона (горелки) 2. К корпусу также кренится через изоляционную прокляла ку J сопло 4. Сопло и корпус плазмотрона обычно изготовляются из меди и охлаждаются проточной, лучше дистиллированной пли ш k-> i б Рис. 61. Схема плазмотрона I 158 Сварочные работы обессоленной кипячением и отстоявшейся водой с циркуляцией насосом, с определенным расходом — до 10 л/мин. В плазмотронах с дугой прямого действии анодом является обрабатываемое изделие 6, сопло же электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации столба дуги. Газ (илазмообразую- ший), поступающий в плаэмаотрон, через его корпус, а входит через канал сопла, нагревается и ионизируется. Наружный слой остается относительно холодным и образует электрическую и тепловую изоляцию между потоком плазмы и каналом сопла. Этим сопло предохраняется от разрушения. Кроме того, наружный слой газа охлаждает столб дуги, что приводит к его сжатию. Такой источник нагрева получил название сжатой дуги прямого действия 5, имеющей высокую температу ру. Температура столба дуги (20000’С) и кинетическая энергия плазмы используются для резки и сварки. В плазмотронах с дугой косвенного действия (см. рис.61, б) дуга возбуждается между электролом и соплом (а нс изделием). Анодное пятно обычно располагается на внутренней стенке канала сопла и перемещается по ней. Плазмообразующий газ, проходя через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде струи 8. Такой источник нагрева получил название плазменной струи. В плазмотронах с дугой косвенного действия тепловая энергия перелается от дуги к изделию лишь струей плазмы, ншрсвасмой в столбе. Такой источник нагрева применяется для обработки меэлск- гропроводных материалов, при металлизации. В плазмотронах с дугой прямого действия в обрабатываемое изделие вводится еще тепло за счет электронного потока. КПД сжатой дуги выше, чем КПД плазменной струи. Возбуждение дуги между электродом и изделием через канал сопла затруднено. Поэтому сначала возбуждается вспомогательная дуга между электродом и соплом; луга гпттается от того же Источника 9чсрсз токоограничительнос сопротивление 7. После того как факел этой дуп< коснется изделия, зажигается основная дуга. Подача плазмообразующего газа в плазмотрон может выполняться аксиально (осевая подача) — газ идет вдоль (см. рис. 61) электрода. или тангенциально (вихревая подача) — газ двигается по спи- ради, омывая столб дут вихревым потоком (см. рис. 6I), независимо от типа плазмотрона. С точки зрения стабильности трения ду| и н стабильности тех- Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 нологического процесса оптимальными внешними характеристиками источников являются крутопадающие (даже вертикальные). При сварке и наплавке плазмотроны удовлетворительно работают от стандартных сварочных источников питания с падающими характеристиками. При включении мощных плазмотронов (например, при резке больших толщин) ток должен нарастать ло рабочего значения плавно или ступенчато. Плавное нарастание тока можно осуществить при использовании специальных источников тока или (оператором Применяя выпрямители или грансформаторы, целесообразно выполнять автоматическое ступенчатое нарастание тока с помощью j переключаемых сопротивлений. Кроме специальных, источники питания плазмотронов должны отвечать ряду общих требовании: имел» возможно минимальный вес и 1абариты, высокие КПД и cos <р. При отсутствии специальных источников плазменную установ-1 ку можно укомплектовать стандартными источниками питания для дуговой сварки: трансформаторами, выпрямителями, генератора-j ми. При этом необходимо соблюдать ряд требований. Следует подбирать однотипные источники питания с падающими характеристиками. Поскольку их номинальны!) ток рассчитан] на продолжительность работы (ПР) не более 65 %, то при длится! ной работе ток нагрузки необходимо уменьшить. Нормальное рабочее напряжение плазмотрона превышает напряжение источника, поэтому возникает необходимость в последе витальном соединении двух или грех однотипных источников. I lpu сварке сжатой дугой в аргоне можно обойтись одним источником. Для обеспечения нормальной работы плазмотрона в дополнение к стандартным источникам должна быть смонтирована схема управления. включающая вспомогательные блоки: зажигания дуги, защиты плазмотрона, подачи газа и т. п. При использовании, например, трансформаторов типа СТШ- 500 они соединяются в трехфазную схему с выпрямительным мос-^ том на кремниевых вентилях. Из специальных мощных источников питания сжатой дут следует отмстит!» выпрямитель ИПГ-500, выпрямитель И ПР-12/600, входящие в комплект установок плазменной сварки, резки и наплавки. Выпрямители ИПГ-500 и И ПР-120/600 выполнены по схеме с дросселями насыщения. Дроссель насыщения ИI! Р-120/600 имеет внутреннюю обратную связь, а И11 Г-500 без нее. Схема И П Р-120/600 более 158 Сварочные работы совершенная, благодаря применению дополнительных обратных связей (положительной по напряжению и отрицательной по току), внешние характеристики выпрямителя отличаются высокой крутизной, неизменной в широком интервале рабочих гоков и nail ряжении (табл. 2). Таблица 2 Технические данные выпрямителей Показатель Напряжение питания Номинальный ток при ПР = 100%, А ИПГ-500 ИПР-120/600 ИПН-160/600 380 500 380 380 600 — Пределы регулировании тока, А 150—800 600 200—700 КПД. % Мощность, кВА 70—80 — 73 180 — 1800 — 120 915 Вое, кг Выпрямитель ИПГ-500 по сравнению с И IIP-120/600 имеет более простую схему и обладает меньшей инерционностью. Для питания установок плазменного напыления и наплавки типа УПУ-3 и подобных разработан и серийно выпускается выиря- мmель ИПН-160/600. В качестве источников питания при сварке сжатой дугой используются типовые источники питания, применяемые при луговой сварке. Например, о комплект установки для сварки, наплавки УПНС-304 входит выпрямитель ВД-306. 3.3.16. Импульсные источники питания дуги (ИНИД) ( ушиость способа сварки непдавишимся электродом состоит в том. что на непрерывно горящую дугу незначительной мощности («дежурную лугу») накладываются импульсы тока необходимой величины и продолжительности. Такой способ позволяет сваривать встык без присадки сталь толщиной менее 0,5 мм; получать сварные швы заподлицо с основным металлом; выполнять сварку швов в любом пространственном положении. Кроме того, этот способ даст возможность изменять в определенных пределах температурное поле металла п зоне сварки и ограничивать размеры сварочной панны. Все это устраняет «провисание* металла шва, уменьшает коробление кромок и изделия в целом. Импульсные источники питания предназначены для управления плавлением электрода, химическим составом наплавленного металла, формой Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 и размерами швов (рис. 62). Принцип действия заключается в подаче на дугу кратковременных импульсов тока большой величины — от 450 до 1200 Л, длительность в микросекундах. л, л, ля Рис. 62. Принципиальная блок-схема источника питания ИПИД-300М Дуга, горящая в импульсном режиме, нашла применение при сварке как нсплавящимся электродом, так и планяшимся в среде защитных газов. Ток на дуге всегда пульсирующий. Специфические особенности сварки импульсной дугой нелла- вяшимся электродом предъявляют ряд новых требований к источнику питания. Источник должен обеспечивать определенную (нужную) скорост ь нарастания тока импульса, ионизацию дугового промежутка в моменты паузы, достаточный интервал регулирования тока импульса, возможность регулирования длительности импульса и паузы. Исследования технологических особенностей процесса показали, что на качество сварки существенно влияет форма импульса, характеризующаяся скоростью нарастания тока импульса. Каждой свариваемой толщине соответствуют определенные параметры импульса, жесткость режима, т е. 158 Сварочные работы отношение времени паузы ко времени импульса, величина тока «дежурной» дуги зависит от толщины металла. Напряжение зажигания «дежурной» дуги должно быть выше напряжения основной дуги. Следовательно, источник питания при импульсно-дуговой сварке должен состоять из маломощного источника питания «дежурной» дут и мощною источника питания основной импульсной сварочной дуги. Оба источника должны работать одновременно и независимо друг от друга. ТрехфаэныЙ сварочный трансформатор ТрС имеет увеличенное магнитное рассеяние. Регулирование сварочного тока в транс<1юр- маторе производится с помощью обмоток подмагничивания ОГ1, питаемых выпрямленным током от вспомогательного трансформатора Тр! через выпрямитель ВЗ. ОП используется и для уменьшения сварочного тока при заварке кратера. На первичную обмотку напряжение подается через прерыватель тока. Управляемые тиратроны прерывателя включаются последовательно с двумя фазами. В определенные моменты времени полаются отпирающие импульсы напряжения, которые поступают на сетки тиратронов. Тиратрон — управляемый ионный выпрямительный прибор с накаливаемым катодом и несамостоятельным дуговым разрядом. В тиратронах при помощи одного или нескольких управляющих электродов осуществляется управление моментом возникновения разряда. По принципу действия тиратроны отличаются от вакуумных приборов тем, что после возникновения газового разряда между катодом и анодом напряжение на сетке перестает управлять анодным током. Но, изменяя величину отрицательного напряжения на сетке, можно управлять моментом зажигания тиратрона. Таким образом, сетка в тиратроне служит только лля включения анодного тока. Тиратроны применяются в качестве управляемых вентилей в реле, генераторах электрических импульсов, п контактных электросварочных машинах, импульсных источниках питания сварочной дуги, т. с. во всех тех устройствах, где требуется за очень малый отрезок времени передать ток большой величины. Управление зажиганием тиратронов производится специальной электронно-ионной схемой, состоящий из стабилизатора напряжения, выпрямителя, триггерной схемы и схемы связи. Управляющие импульсы формируются триггерной схемой источника, она позволяет также регулировать длительность импульса и паузы. Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 Фазорсгулируюшес устройство, входящее в схему связи, позволяет регулировать угол поджигания тиратронов, а следовательно, регулировать величину тока в ТрС и В1. Источник питания «дежурной» дут СОСТОИТ ИЗ трехфазног трансформатора Тр2, грехфазного мостового выпрямителя В2 и регулируемого сопротивления R. Этот источник питания работает непрерывно. Аналогичные схемы имеют источники питания ИНИД 1 и И П ИД-300. Нмпульсво-лушвая сварка плавящимся электродом позволяет управлять процессом плавления и переноса электродного металла. При этом можно получить устойчивый процесс сварки при токах ] значительно меньших, чем критический (ток, обеспечивающий струйный перенос электродного металла). Следовательно, этот способ облегчает задачу получения швов небольших габаритов, позе ляет производить сварку во всех пространственных положениях шва. Наиболее эффективна импульсно-дуговая сварка при соединении цветных металлов. При этом способе сварки на дугу подаст- Импульсный источник 158 Сварочные работы Рис. 63. Схема импульсно-дуговой сварки ся энергия от двух источников питания. В качестве основного, спаечного источника используются сваечные выпрямители и генераторы с жесткой и пологопадаюшей характеристиками (рис. 63). Второй источник — генератор импульсов, напр. ГИД— I (рис. 64), осуществляет наложение импульсов тока различной амплитуды и длительности на основной сварочный ток дуги. Параметры импульсов подбираются таким образом, чтобы обеспечить стабильный мелкокапельный перенос металла. При работе с вращающимся преобразователем (генератором) для предотвращения шунтирования импульсов тока якорем, в сварочную цепь включается полупроводниковый вентиль, рассчитанный на сварочный ток и обратное напряжение нс менее 200 В 1снератор представляет собой однофазный управляемый вентиль и состоит из силового Блок трансформ ш Дуга Тр управл-я атора ТИ, дросселя Др. крсмиис380 О—О'ГГ АВ Рис. 64. Блок-схема ГИД-1 116 Сварочные работы max вентилей, схемы управления вентилями, пускорегулирующей и защитной аппаратуры (рис 64). Трансформатор ТИ имеет две первичные обмотки, подключенные к сети через управляемые вентили (тиристоры ВУ-1 и ВУ-2). Последние выполняют роль бесконтактного прерывателя тока в цепи первичных обмоток трансформаторов. Работа одного тирис- \ тора соответствует частоте 50 Гц, двух — частоте 100 Гц. Выпрямле- | мне им1гульсовтока и разделение импульсного и основного источ-] ников осуществляется вентилем BI на вторичной сгоронс транс-j (|юрматора ТИ. Таблица 3 Основные технические данные источников литания для сварки алюминия ИПК-3501 Удэр- УДГ-301 УД Г-501 Тип установки 500-1 Напряжение литания сети, В Потребляемая мощность, кВа Номинальный сварочный ток. А Напряжение холостого хода, В Пределы регулирования тока, А Диаметр электрода, мм Расход охлаж-дающей воды, л/м Расход аргона, л/мин 380 или 220 (под заказ) 40 23 38 500 300 500 65 70 ±2 70 ±2 25 300 70 ±2 I 60—500 15-300 40—500 2—10 2—10 0.8—6 50—300 | 80—120 250-300 4—10 0,5—10 До 300 0.5—10 I 300-400 5—15 2—6 j Генератор импульсов имеет три ступени регулирования амплитуды и длительности тока, которые осуществляются введением /ц селя в сварочную цепь. Генератор импульсов имеет дополнит ный зажим для подсоединения кабеля от основного отдельного сварочного источника. При этом ток источника проходит чсрст разделительный вентиль В2. Генератор импульсов ГИД-1 имеет амплитуду тока 40СЫ200 Л. длительность импульса 0.8-J-4 мкс при частоте 50 и 100 Гц. Гпава 3. Оборудование, технология сварки и резки 187 3.3.17. Плазменная сварка Плазменной дугой можно сваривать почти псе металлы и с различным пространственным расположением швов. В основном плазменную сварку очень успешно применяют при снаркс малых тол- шин металла — до 1,5 мм вместо традиционной газовой сварки, так как у плазменной сварки выше качество н производительность. Плазменной дугой на постоянном токе прямой полярности выполняется сварка всех металлов, кроме алюминия, а алюминий и его сплавы — на обралюй полярности с возбуждением дуги с помощью осциллятора. Для облепення возбуждения основной дуги, прямого действия используется дежурная луга, горящая между соплом трелки и электродом. Источник питания сварочной душ должен иметь рабочее напряжение 120 В. Защитный газ аргон является одновременно и плазмообразую- шим газом. К достоинствам плазменной дугоиой сварки относится стабильность дуги при изменении ее длины, высокая производительность процесса сварки, повышенный провар без разделки кромок (<|>асок). Плазменной струей сваривают швы стыковых и угловых соединений в основном сравнительно небольшой толщины — до 10 мм. При сварке в случае необходимости применяют присадочный материал, который вводят прямо в сварочную ванну Диаметр сопла трелки — 2;4 мм, диаметр электрода — 3+4 мм. При сварке листов из низкоуглсридистой стали иди алюминия толщиной 6 мм стыковою соединения скорость сварки *15 м/ч. Сварка жаростойкой стали хромоникилевой толщиной 5 мм выполняется с напряжением на луге 38+40 В, сварочным током 230+240 А со скоростью 22 м/ч. Кроме алюминия успешно выполняемся плазменно-дуговая сварка гитана. Изучение процессов, происходящих в плазменной дуге, позволило установить условия большой устойчивости дуги и получить плазменную дугу в специальных горелках с малой силой тока — м.гюамперную дугу, названную микропдазменной. Микроплазменная сварка с концентрированным источником «’.плоты позволяет сваривать метшш очень малых толщин (от 0,1 до 0.3 мм), что невозможно осуществить аргонно-дуговой сваркой. 18В Сварочные работы Применение дежурной дуги обеспечивает устойчивость процесса при очень малых токах, до силы тока на дуге 0,5 Л. Сварка выполняется в непрерываемом или импульсном режиме на прямой полярности (кроме алюминия) плазменной дутой, горящей между вольфргН мовым электродом плазмотрона (горелки) и изделием в струе плаз-1 м«образующего инертного газа — аргона. Питание сварочной плазменной дуги импульсами тока позволяет снизить средний сварочный ток при сохранении высокой плот-] ноет в импульсе. Параметры импульса — это длительность и частота их npofl хождения; амплитуда тока регулируется в широком диапазоне, а значит, регулируется и средний сварочный ток (3+50 А) и мощность (0,2+2,5 кВт) плазменной дуги. В последние Ю лет микроплазма прямого действия (дуга, а нс струя) широко применяется в производстве для сварки и резки топких металлов из различных марок сталей, цветных металлов и их сплавов. Для сварки, пайки очень тонких изделий из фольги, сеток и мембран а закже для напыления неметаллических (нсэлсктропро- всигных) материалов применяется плазменная струя, т. с. микроплазм ма косвенного действия. Микроилазменная сварка обладает высокой производительное-! тью, особенно в непрерывном (без импульсов) режиме, напрнм сварка стыкового соединения низкоуглеродистой стали толщин 0,5 мм при рабочем токе лупг 26^-30 А выполняется со ско 80 м/ч. 3.3.18. Резка металла плазменной дугой Дтя резки металла применяется плазменная (сжатая) дуга прямого действия, а не струя плазмы. В качестве плазмообразующе газа используется воздух, азот, кислород. Илазмообраэующис газы бывают одноатомные (аргон) и двухатомные (азот и лр.) Азота в воздухе =79 %. От применяемого плазмообразующего газа зависит количе тепла на аноде (изделии). Количество тепла на аноде больше, когда применяется двухатомный газ. 158 Сварочные работы Двухатомные газы перелают изделию больше теплоты из столба дуги в результате образования молекул газа с выделением дополни- тельной теплоты. Устройство плазмотрона, возбуждение дуги аналогично описанному для плазменной сварки Плазменно-луговая резки применяется для резки углеродистых и легированных сталей и незаменима при резке металлов, не полда- юшихся кислородном резке: хромон и калиевые стали, алюминий, мель, титан. Современные установки плазменной резки позволяют резать углеродистые стали толщиной до 100 мм. При резке толщин до 60 мм плазменная резка экономичнее кислородной. При плазменной резке толщин 5-5-12 мм скорость резки выше в 3—5 раз по сравнению с кислородной резкой, а па толщине около 20 мм скорость плазменной резки примерно сравнивается со скоростью кислородной резки. Пели кислородная резка — это химический процесс сгорания металла в струе чистого кислорода, который невозможно ускорить и невозможно выполнять быстрее 1 м в минуту, то плазменная резка это физический процесс расплавления (проплавления) металла на узком участке полиции реза с удалением металла струей плазмы и газа, образующихся в луге. В плазмотронах в основном используют вихревую подачу плазмообразуюшего газа, которая обеспечивает перемешивание газа в столбе дуги и равномерность газовой оболочки вокруг столба. При вихревой подаче на конце электрода имеются сменные медные псктродные вставки различной конструкции с гяфниевым или циркониевым Рис. 65. Электродэлектродом диаметром 2 мм, длиной 4:6 мм, катод впрссован- ным в электродную вставку (рис. 65). Полость и электродной вставке предназначена для улучшения водяного принудительного охлаждения (с циркуляцией воды). Для осевой подачи плазмообразующего газа применяется вольфрамовый стержень диаметром 2+6 мм и длиной 1(ХЫ50 мм с за Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 остренным концом под угол 20—30", но для резки этот вариант применяется редко, только на малых режимах резки и при работе на инертных газах. Если для резки используется окислительный газ (воздух), то электрод в зоне катода необходимо защищать неактивным газом — аргоном. Гафний и цирконий при высоких температурах образуют оксидно-нитридную электропроводную пленку при использовании воздуха как плазмообразующего газа. Она устойчива в окислитель-^ ной среде (воздуха) н может продолжительное время в ней работать, уменьшая этим интенсивность износа катодной вставки Износ вставки зависит и от рабочего тока на дуге: чем больше ток, гем быстрее износ. Машинные плазмотроны с гнфниевой или циркониевой встав- ] кой при нормальном водяном охлаждении допускают рабочий гок до 600 Л, при этом катодная вставка выдерживает 150—180 вкдш чений или 5-6 ч работы. Чаше применяются рабочие режимы токе*, дуги 200+350 А. Например, сталь толщиной 20 мм режут при раб< чем токе дуги 230—240 А. На тешюэлсктричсскис показатели плазменной дуги сильно влияет конструкция сопла, точнее диаметр, с)юрма отверстии и ЛЛЙЗ на отверстия для плазменной дуги (рис. 67). Чем меньше диаметр отверстия |1 больше сопло его длина, тем больше концент-] рация энергии дуги, выше напряжение больше скорость потока плазмы, тем вь режушая способность дуги. Но соо гш ние диаметра отверстия и его длины имеет технические ограничения, связанные с| расходом газа и рабочим током душ, Если отверстие сопла будет слишком м лым и длинным, то может образована к называемая двойная дуга, когда ра бочни ток, перейдя на очень близко рас положенную стенку сопла, начнет Рис. 66. Отклонение дуги образовывать еще одну ду гу м£ наружной поверхностью сошш и изделия. Эго быстро приводит 1| выходу из строя плазмотрона (рис. 66). 158 Сварочные работы Рис. 67. Сменные электроды и сопла плазмотрона Обычно диаметр отверстия сопла равен 1,0— 1,2 мм при диаметра электродной вставки 2 мм, длина отверстия в пределах 2—4 мм. Часто двойная дуга возникает в момент возбуждения основной. Режущей дуги, когда резко увеличивают рабочий ток. 192 Сварочные роботы Рабочий ток должен увеличиваться плавно. Это выполняется I различными элеюроусгройствами (тиристорным, магнитным и дру- тми). ИСТОЧНИКИ питания для резки больших, более 80 мм, толщин, I например, ИПГ-500, ВПР-602 и подобные, имеют повышенное на-1 пряжение холостого хода. Для ручной плазменной резки выпускаются специальные реза- I ки с вольфрамовым электродом диаметром 3 мм, которые позволя-1 ют резать металл толщиной до 25 мм. Промышленностью выпускаются комплектные установки для ручной плазменной резки. Для механизированной резки широко применялись и примени-1 клея установки АПР-401, АГ1Р-404, УВПРддя резки черных и ивег-1 ных металлов до толщины 80 мм. Ориентировочная скорость резки алюминиевою или нержанекя шею листа тгишшной 10 мм равна 4+4,5 м/мин. низкоушеродистопн листа толщиной 50 мм — 0,3+0,4 м/мин. Скорость резки толстаЯ листа сопоставима со скоростью кислородно»! резки черных метай лов, но алюминии и нержавеющая сталь не поддаются обычной кис-j дородной резке, поэтому плазменная резка таких металлов является незаменимой. I Выпрямители для плазменно-дуговой резки выпускаются по] ГОСТу 14935-77Е, в котором предусмотрено напряжение холосгога хода до 180+500 В и рабочий ток 100+1250 А. Машины для плазменной резки отличаются от машин для кислородной резки только сравнительно более высокой скор<х:тьк> перемещения резака. На плазмотроны также имеется ГОСТ 12221-79, по котором^ предусматриваются конструкции для машинной и ручной резки. Н настоящее время в России выпускаются комбинированные авточ генно-плазменнорезательные машины, например, типа «КенталрЯ •Пелла», «Рубин», -«Ритм» и другие, которые управляются микропроцессорной техникой и имеют высокую точность резки. Па точность механизированной кислородной и плазменно-дуговой резки имеется ГОСТ 14792-80, в котором предусмотрены кл:и» сы: точности, неперпсндикулярности кромки в зоне реза, шерохЛ ватости, зоны термического влияния. Указанные классы усташйИ ливают определенные требования к качеству вырезаемых деталей в зависимости от толщины листовой углеродистой стали в пределах от 5 до 100 мм. Этим же ГОСТом установлен порядок условного обозначения в чертежах 194 Сварочные работ вида резки и классов качества. Плазмообразу- ющий газ выбирается в за вис и мости от состава разрезаемого металла. Углеродистые стали режут с использованием воздуха, подаваемого в плазмотроны под давлением 3+6 кг/см2, нержавеющие стали, медь и ее сплавы — азота, а алюминий и алюминиевые сплавы — с использованием аргона. Режимы резки приведены и табл. 4. Толщина разрезаемого металла зависит от электрической мощности машин. Современные плазменно-дуговые установки имеют мощность 180 кВА. При использовании плазменно-дуговой резки в потоке воздуха или азота нужно номн1гть одну особенность этого процесса — насыщение кромок реза азотом с образованием твердых игольчатых кристаллов — нитридов глубиной 0,5+J мм. Кромки с насыщением азота не должны допускаться под сварку ответственных конструкций, например, стыков груб нефгс- и газопроводов и подобных поднадзорных ответственных объектов, без предварительного механического снятия слоя азотирования. Экономический анализ зарубежной плазменно-луговой (воздушной) резки показывает, что затраты на I м реза в долевом участи следующие: амортизация машины, т. с. компенсация капитальных затрат на резательное оборудование — 50%, затраты на зарпла- ?у — -20%, стоимость электроэнергии — -12%, стоимость катодов и сопел — 10%, стоимость сжатого воздуха — 8%. Ориентировочные режимы машинной плазменно-дуговой резки Толщина металла, мм 10. сталь 10. алюминий 10. медь Рабочий ток, Напряжение, В А Таблица 4 Скорость резки, Ширина реза, м/мин мм (средняя) 300 145—150 2.5—3 3-4 120-200 300 170—180 160—180 2,0-4.5 3 3.5 6 В России капитальные затраты, электроэнергия составляют значительную долю затрат, поэтому в последнее время сокращается! применение плазменной резки, особенно из-за стоимости электрод энергий. 3.3.19. Машина для термическом резки «Ритм* Машина «Ритм* разработана и изготовлена в 2000 г. Центрами ным научно-исслсдовагельским институтом технологии супострое-:] ния в Глава 3. Оборудование, технология сварки и резки 171 Санкт-Петербурге и внедрена на Копейском машэаводс. Машина предназначена для резки заготовок из листового металла, плазменно-дуговой и кислородной резки с использованием системы числового программного управления. Основные технические данные машины: 1. Точность вырезаемых деталей ± 1.СМ-2,5 мм. 2. Скорость перемещения резки 0,07+12,5 м/мин. 3. Толщина разрезаемого листа при плазменной резке — до 80 мм, при кислородной резке — до 200 мм. 4. Максимальные габаритные размеры разрезаемого листа — 2200 х 10000 мм. 5. Пределы регулирования рабочею тока режущей дуги — 80— 315 А. 6. Давление плазмообразующего воздуха — 5 кгс/см2. В состав машины входит установка для воздушно-плазменной резки металла типа АПРМ. Машина «Ритм» оснащена устройством ЧПУ на базе микро- ЭВМ Составление управляющих программ выполняется на персональном компьютере с разработкой карт раскроя на весь разрезаемый лист металла. Программа вводится и память компьютера, встроенного в систему' управления, а рабочий орган (резак) воспроизводит заданные программой контуры. Преобразование информации, зафиксированной в упрашшюотй программе, в перемещения рабочего органа и в технологические команды производится с помощью компьютера и элсктроприводои Исполнительный механизм машины снабжен приводами про* дольною и поперечного ходов (рис. 68). Продольный ход — это нс рсмсшенис машины вдоль рельсов, поперечный — перемещение суп 194 Сварочные работ порта с резаком по балке (порталу) машины в направлении, перпендикулярном опорным рельсам Привод движения резака вверх-вниз позволяет дистанционно регулировать положение резака по высоте относительно листа. 11риводы продольного и поперечною ходов обеспечивают перемещение резака по заданному контуру. Плазменная резка листа производится на раскройном столе, заполненном водой до нижней плоскости разрезаемого листа. Резка над водой (на воде) значительно снижает коробление за- I тонок и наличие грата, который почти весь отделяется либо самостоятельно, либо при незначительных усилиях. При таком способе резки заметно снижается выброс в окружающую атмосферу вредных продуктов горения металла при резке, так как они в основном нейзр&чизуются в водной среде. Машина оснащена двумя резаками кислородной резки и одном резаком для плазменнодуговой. V ■| t ЙУо# Ш .3__, ЬЖ Н Рис. 68. Машина термической редки «Ритм» 9 Контрольные вопросы к главе 3 /. Почему не все мирки сталей применяются для сворных конструкции У 2. Что понимается под свариваемостью сталей ? 3. Назовите основные критерии оценки сталей на свариваемость. 4. В чем особенности сварки углеррдиапых и легированных сталей? 5. Почему не всякий трансформатор или генератор годен для питания сварочной дуги? 6. Какого рода ток в якоре генератора ? 7. Перечислите функции коллектора в генераторе. 8. Какое различие имеется между сварочным выпрямителем и трансформатором? 9. В чем различие дуговой сварки обычной и дуговой импульсной? J0. В чем сущность кислородной резки и плазменно-дуговой? 196 Сварочные работы Глава 4. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ МЕТАЛЛА ОБРАБОТКИ 4.1. Общие сведения Газопламенная обработка металлов (ГОМ) до сих пор широко применяется в промышленности, несмотря на развитие и техническое совершенствование многих новых процессов сварочною производства. Из всех видов применяемых ГОМ на долю таких процессов, как резка, сварка, газотермическое напыление (например, цинкование и др.), приходится около 80%. В настоящее время в качестве горючих газов при ГОМ применяют ацетилен, сжиженные газы на основе пропан-бутановых смесей, природный газ, в качестве окислителя — кислород или воздух. АцСТИлено-КИСЛорОДНЫС смеси, обеспечивающие максимальную температуру пламени (> 3000’ С) могут быть использованы дня любых процессов ГОМ. Для сварки сталей толщиной до 4 мм с использованием специальной присадочной проволоки можно применять пропан-бутановые смеси. При газоплазменной обработке алюминия, латуни, свинца и других материалов, температура плавления которых ниже температуры плавления стали, целесообразно применя ть пропан-бутан. Для кислородной резки, пайки, наплавки металлизации можно использовать любые газы — заменители ацетилена. (азовая сварка занимает особое место и при присущих ей недостатках до сих пор применяется там, где сс достоинства выше других способов. Газосварка обладает следующими достоинствами: 1. Сравнительная простота и не требует сложною и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии. : 2. Широкие пределы выбора скорости нагрева и охлаждения свариваемого металла за счет регулирования тепловой мощности пламени и расстояния до места сварки. К недостаткам следует отнести сравнительно матую скорость] нагрева металла и большую зону термическою влияния на металл, от состояния и ширины которой зависят механические сиойс сварного соединения (а нс только шва). При газовой сварке кон иентрация тепла меньше, чем при дуговой, поэтому разогреву подвергается большая зона и увеличивается коробление. По причине медленного нагрева металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производи тельиостъ процесса газовой сварки значительно снижается с личенисм толщины свариваемого металла. Например, при сварк стали толщиной I мм скорость — около 10 м/ч, а толщиной 5 мм — 2,5 м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной более 4 мм менее производительна по сравнению с ручной дуговой сваркой и практически не применяется. Стоимость аиителепа и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии при дуговой и даже контактной эле росваркс, поэтому газовая сварка дороже, чем электрическая. Процесс газовой сварки почти не поддастся механизации и автоматизации. Газовая сварка необходима и применяется при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали, при ремонте изделий ил чугуна, бронзы, силумина; при монтаже и ремонте трубопроводов отопления, водопровода, газопровода из труб малых (до 50 мм) диаметров, а также подобных работах; при сварке изделий из алюминия, меди, латуни, свинца, при наплавке латуни на чугунные или Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 199 стальные детали (поршни, штоки гидросистем), при сварке ковкого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы. При помощи газовой сварки можно сваривать почти псе металлы, применяемые в технике. За счет этого качества и с учетом простоты применяемого оборудования газовая сварка занимает достойное место среди других процессов и заслуживает внимания и изучения. Для газовой сварки, резки необходимо иметь: 1. Газы — кислород и горючий газ (ацетилен или его заменители). 2. Присадочный материал — проволока, прутки. 3. Кислородный баллон — для работы и хранения запаса кислорода. 4. Кислородный редуктор для понижении даиления и поддержания установленною давления кислорода, подаваемого из баллона в горелку или резак. 5. Ацетиленовый генератор для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовый баллон, в котором ацетилен растворен в ацетоне и находится под давлением. В этом варианте необходим еще ацетиленовый редуктор для понижения давления ацетилена, подаваемою из баллона, до рабочего места. При пользовании горючими газами — заменителями ацетилена нужно имет ь баллон или специальную емкость для жидкого горючего, или централизованный газопровод природного газа. 6. Сварочные горелки различного назначения с набором наконечников, а для резки — с комплектом мундштуков и приспособлением, упрощающих резку (циркули и т. д.) 7. Резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и горючего газа в горелку или резак. 8. Принадлежности для сварки, резки (очки, инструмент и т. д.) 9. Рабочее место, оборудованное всем необходимым. 10. Флюсы (пасты, порошки) для сварочных работ. При ГОМ применяются различные способы гаэопитании — централизованное или от передвижных постов. При выполнении сварочных работ на открытых площадках или в неупорядоченных зонах обслуживания (в строительстве, на монтаже, в судостроении и г. п.) применяют передвижные источники питания газами. В основном это установленные на специальных •тележках баллоны с горючим газом и кислородом. Г пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 201 При периодическом проведении газоплазменных работ часто используются ацетиленовые передвижные генераторы, а кислород в этом случае получают от баллонов. При работе стационарных постов ГОМ (в цехах, мастерских и т. д., как правило, организуется цетрализованнос питание рабочих мест горючим газом и кислородом. Оно становится необходимым при работе более 10 постов ГОМ, так как это требуется по правилам техники бсзопас- ности. Существует несколько различных технических вариантов организации централизованного газоснабжения постов ГОМ. но любая схема газопитания в общем случае предусматривает наличие грех основных групп оборудования: источников газопитания: средств газорегулирования и взрывозащиты, аппаратуры для ГОМ. Оборудование и аппаратура для ручных работ при газогшамейЯ ной обработке металлов являются более распространенными, поэтому их рассмотрению уделяется больше внимания. 4.2. Баллоны для ацетилена Для газопитания постов ГОМ применяются баллоны со ежа тым, сжиженным и растворенным газами (рис. 69), генераторы для получения ацетилена, трубопроводы природного газа и различная | запорная и пускорегулирующая аппаратура. Баллоны для ацетилена Для наполнения, хранения и потребления ацетилена примем» ются баллоны (см. рис. 69,6), которые принципиально отличаю от других баллонов для горючих газов тем, что в них ацетилен usixr дится а ацетилен-ацетоновом растворе, адсорбированном (потоп ном) пористой массой, заполняющей всю емкость баллона. Такой способ храпения ацетилена обеспечивает необходимую безопаснс его эксплуатации, гак как в баллоне отсутствуют свободные газо- 196 Сварочные работы Рис. 69. Баллоны для сжатых газов а — кислорода; б — ацетилена; в — пропан-бутана (сварной конструкции). 1 — днище; 2 — опорный башмак; 3 — корпус, А — горловина; 5 — вентиль; 6 — колпак; 7 — пористая масса; 8— табличка с паспортными данными баллона; 9 — подкладные кольца ные объемы, недопустимые из-за высокой взрывоопасности ацетилена. В России в качестве пористой массы используется активированный уголь марки БАУ-А по ГОСТ-6217-74. Активированный (активный) уголь— мел ко пористый древесный уголь, освобожденный от углеводородов и других примесей и обладающий обширной свободной поверхностью с большой адсорбционной способностью после обработки водяным паром при высокой температуре. В последнее время для заполнения емкости баллонов широко применяют литые пористые массы на OCHORC силикатов, которые имеют преимущества. 1. Большая газовбнрасмость — 200-250 r/л для литой массы, тогда как БАУ-А — 125 г/л. Емкость ацетиленовых баллонов может быть различной, но наи более распространены баллоны емкостью 40 л, количество ацетилена в которых составляет в среднем 5,5 м\ а с наполнителем из литой пористой массы — Г пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 201 более 7 м\ 2. Увеличенная в 3 раза сопротивляемость удару с одновременным уменьшением насыпной массы по сравнению с БАУ-Л. 3. Отсутствие уплотнения и высыпания пористой массы, что значительно облетает обслуживание баллонов. 4. Уменьшенный унос ацетона. 5. Повышенная безопасность эксплуатации баллонов. Микрообласти пористого материала заполняются ацетоном, растворяющим ацетилен Один объем ацетона растворяет при нормальной температуре 23 объема ацетилена. Давление растворенного ацетилена в наполненном баллоне не должно превышать 19 кгс/см2 при 20,’С (табл. 5). При отборе ацетилена из баллона частично уносится ацетон. Для уменьшения потерь ацетона следует отбирать ацетилен из баллона со скоростью не более 1,5 м1/ч. Остаточное давление в баллоне должно быть не менее 0,5 кгс/см2 при 20"С. При работе ацетиленовые баллоны должны находиться п вертикальном положении. Ацетиленовый баллон заполняется пористой массой из расчета. ~320 г на 1 л емкости баллона, т. е. около 13 кг массы пористой. Ацетон заправляют из расчета 250+300 г на I л емкости баллона. Находясь в порах растворенным в ацетоне, ацетилен становится взрывобезопасным от давления до 30 кгс/см2, но давление^ 19 кгс/см2 установлено но ГОСТ 5457-60. Когда открывают вентиль, ацетилен выделяется из ацетона и в виде газа выходит через редуктор в шланг к горелке. Для определения количества ацетилена в баллоне последний;] взвешивают до и после наполнения или частичного расходовав ния. Если вес полного баллона 89 кг, порожнего — 83 кг, то количество ацетилена в баллоне равно: по в е с у 89 кг — 83 кг ; 6 кг. по о б ъ с м у: 6 : 1,09 5,5 м\ так как при 20‘С плотность 1 м* ацетилена (вес) *= 1,09 кг. Вес порожнего, но готового к заправке баллона выбивается на сферической части баллона. При отборе ацетилена из баллона уносится до 150 г ацетона после выработки одной заправки. Преимущества баллонного ацетилена перед ацетиленом от переносных генераторов: 1. Выше чистота, малая влажность. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 199 2. Бсшес высокое давление, увеличивающее стабильность пламени. 3. Выше производительность работ. 4. Большая компактность сварочного поста. 5. Выше безопасность работы. Ацетиленовые баллоны имеют те же размеры, что и кислородные (см. табл. 5). У вентилей ацетиленовых баллонов нет присоединительной резьбы, поэтому редукторы для них крепятся специальным хомутом. имеющимся на редукторе. Баллоны и редукторы для ацетилена окрашиваются в белый цвет. Таблица 5 Характеристики различных баллонов Ацетиленовый Пропан- бута новый 150 19 16 225 30 25 Состояние газа в баллоне сжатый растворенный сжиженный Цвет окраски голубой белый красный Цвет надписи черный красный белый «Пропанбутан» Показатель Предельное рабочее давление, кгс/см2 Испытательное давление. кгс/см2 Надпись на баллоне Кислородный «Кислород» «Ацетилен» Количество газа в баллоне, л 6000 5500—7000 12000 Жидкостная емкость, л 40 40 Резьба присоединительного штуцера 3/4- трубы 50 левая труба 21,8 х 14 ниток на Г присоединяется хомутом Размеры, мм: высота 1390 1390 960 диаметр 219 219 300 8 67 7 52 3 23 Толщина стенки Масса баллона без газа, кг 4.3. Баллоны для пропан-бутана По конструкции эти баллоны являются сварными из листовой* стали г пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 205 толщиной 3 мм с продольным и двумя кольцевыми швами по днищам (рис. 69, в табл. 5). К верхнему днищу приварена горловина, к нижнему — башмак (прерывистым швом). Расчетное давление газа для баллона равно 16 кгс/см* (см. табш 5). Баллоны заполняют не более 85% объема из расчета 0,425 кг сжиженного газа на I л его вместимости. Наибольшее распространение в промышленности имеют баллоны емкостью 50 л (на 21, 2 кг сжижаемого газа). Вес порожнею баллона 23 кг без колпака. Количество пропан-бутановой смеси в баллоне можно определить только взвешиванием и сопоставлением результата с весом порожнего баллона, так как паз в баллоне нахаУ дится в сжиженном состоянии и давление внутри баллона зависит от температуры сжиженной фракции. Например, при прогреве жидкой фракции до 40*С давление достигает 16 кгс/см2, а при минус 41,5“даже в полном баллоне давления нс будет и не будет испарения. Боковой штуцер вентиля баллона имеет левую трубную резьбу диаметром 21,8 мм, 14 ниток на 1 дюйм, к которой присоединяется! редуктор для пропана. Окраска баллона красная, надпись — белая. 4.4. Баллоны для кислорода Баллон для кислорода — это цилиндрический сосуд, нижняя часть которого образует выпуклое днище, а верхняя — сферическую горловину со сквозным отверстием с конической резьбой для ввертывания запорного вентили (рис. 69. а). Характеристика баллона приведена в табл. 5. Корпус баллона для газов высоких давлений изготовляют №> ГОСТу 949-73 из бссшовьгх труб из углеродистой и легированной сталей. Баллоны делятся на баллоны малой вместимости до 12 л и средней вместимости от 12 до 40 л с условным давлением ди 200 кгс/см 2. На нижнюю часть баллона насажен опорный башмак для устойчивости баллона. Количество сжатого газа, в том числе и кислорода, в баллоне определяют умножением вместимости баллона в л на давление газа в баллоне в кгс/см7. Например, баллон вместимостью 40 л имеет давление газа 100 кгс/см7, тогда количество кислорода в баллоне равно 40 х 100 4000 л, или 4 м3. Отбирают кислород из баллона до остаточного давления не ниже 0,5 кге/м 3, чтобы в 196 Сварочные работы баллон не попадали посторонние вещества. На пентиле баллона не должно быть масла и других жиров для обеспечения взрывной безопасности. Открывать вентиль кислородного баллона нужно медленно, чтобы не допустить искрообразования на выходе вентиля. На баллонах часть верхней сферы не окрашивается (или крепится табличка-шайба на пропановых баллонах) и на ней выбивают паспортные данные баллона: товарный знак завода-изготовитс- ля, номер баллона, месяц и год изготовления и год следующего испытания, рабочее давление Р, пробное П, емкость баллона в л, масса баллона п кг, клеймо ОТК. Баллоны испытывают через 5 лет. 4.5. Вентили баллонов Вентили для ацетилена изготовляются из стали и рассчитаны на рабочее дааление 25 кгс/см7 (рис. 70). В хвостовой части вентиля, вворачиваемого в баллон, помещаются войлочный фильтр и стальные сетки с размером ячеек 1,4 мм, способные служить для защиты от частиц пористой массы, которые могут попасть из ацетиленовых баллонов в уплотнитель вентиля и присоединяемый к вентилю редуктор. Вентиль нс имеет маховика, так как последний помешал бы надеть присоединительный хомут с натяжным винтом. Открытие и закрытие производится специальным ключом, надеваемым на квадрат шпинделя. На седле в корпусе вентиля располагается эбонитовый уплотнитель (пятачок), открывающий и закрывающий выход ацетилена из баллона. Уплотнение между шпинделем и корпусом достигается с помощью кожаных сальниковых колец, опирающихся на мстнлличсс- г пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 205 Рис. 70. Вентиль для ацетиленового баллона: 1 — сальниковая гайке 2 — шайба, 3 — сальниковые прокладки, 4 — саль новое кольцо, 5— шпиндель; 6 — уплотнитель, 7 — сотка, 6 — проволочное кольцо; 9 — войлочный фильтр; 10 — корпус вентиля, 11 — прокладка штуцера кос кольцо и сжимаемых сальниковой гайкой через шайбу. П< скольку уплотнитель выхода ацетилена из баллона сделан из э( нита, то не следует применять больших усилий при закрытии I лона. Пропановые вентили (рис. 71) имеют стальной корпус и по коиструкции отличаются от других тем, что в качестве запорного; ройства используется мембрана из пружинной стали, или уплотни тсль из неметаллического материала, но с уплотнением всей шпин* дельной системы вентиля специальным резиновым чулком ттпелем. i Кислородные вентили (рис 72) имеют латунный корпус, так кая латунь нс горит н кислороде. Герметичность вентиля в зоне прохс шпинделя обеспечивается сальником, а также фибровой про» кой, а в последнее время — капроновой прокладкой, во пзбсжаниД загорания фибры. Для крепления редуктора вентиль имеет резьбу 3/4" тр. 208 Сварочные работь Рис. 71. Вентиль баллонный для пропаь-бутановых смесей 1 — корпус вентиля; 2—уплотнитель; 3 — шпиндель запорный; 4 — резиновый чулок-ниппель: 5 — шайба направляющая, б—гайка накидная; 7 — шпиндель; 8 — прокладка фибровая; 9 — маховичок. 10 — пружина; 11 — гайка маховичка, 12— цепочка с кольцом, 13 — заглушка, 14 — прокладка фибровая 4.6. Редукторы для регулирования газов Газовым редуктором называют прибор для понижения давления i«t та из баллона или газопровода до рабочего и для автоматического поддержания этого давления, независимо от снижения давления газа мд входе (рис. 73). Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 199 ГОСТ 6268 устанавливает 18 разновидностей редукторов следующих типов: Б — баллонные. Р — рамповые, С — сетевые. Редук- Юры указанных типов изготовляются по вилам газа (А — ацетиленовые, К — кислородные. М — метановые, П — пропан-бутанопые) 123 Рис. 72. Вентиль для кислородного баллона 1 — маховичк пружина: 3 — маховичок. А — фибровая прокпаг на; 5 — шпи гайка: 7 — капроновая прокладка, 8 — муфта, 9 — штуцер: 10— заглушка, 11 — клапан; 12 — хвостовик; 14 — корпус 208 Сварочные работь Рис. 73. Баллонные редукторы: а — кислородный ДКГ1-1-65; б — ацетиленовый ДАП-1-65 Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 199 к по схемам регулирования (О — одноступенчатые с механическом установкой давления, Д — двухступенчатые. Стандартом устанавливается и основные параметры редукторов для каждого вила. Несмотря на разнообразие редукторов, все они имеют общие принцип действия и схему устройства (рис. 74). Газ из баллона поступает п штуцер редуктора. Давление газа па входе в редуктор указывается манометром. Далее газ проходит через клапан, преодолевая его сопротивление, вследствие чего давление газа понижается и он поступает в камеру низкого лишения. Манометр указывает давление газа (рабочее давление) в камере низкого давления, идущего к горелке, резаку. Величина рабочего давления на выходе из редуктора зависит от степени открытия клапана. Чем больше от крыт клапан, тем меньшее сопротивление оказывает он нотку проходящего через него ' ААЭ>0 \ А1ГУф низкого Жэл/шгш» Рис. 74. Схема устройства и работы редуктора: .1 — нерабочее, б — рабочее положение, 1 — клапан, 2 — камера высокого давления; 3 — з в норная пружина; 4 — клапан предохранительный, 5 — штуцер для шланга; 6 — камера низкого давления; 7 — мембрана, 8 — пружина регулирования; 9 — винт регулирования 196 Сварочные работы газа, тем выше давление газа после него и тем большее количегаза проходит через редуктор. Для изменения положения редуцирующего клапана служит мембрана (из прорезиненной ткани), регулирующий винт, а также пружины. При ввертывании вита пружины сжимаются, клапан открывается и давление газа п камере повышается. При вывертывании винта, наоборот, клапан прикрывается, а давление газа в камере уменьшается. Необходимое рабочее давление в редукторе автоматически поддерживается постоянным. При уменьшении отбора газа через расходный вентиль давление в камере низкого давления попытается, и газ начинает давить на мембрану, которая прогибается вниз и сжимает пружину. При этом клапан под дейст вием пружины перекрывает седло клапана до тех пор, пока давление в камере не станет равным его первоначально установленной величине. Обратное явление будет происходить при увеличении отбора газа и понижении давления в камере низкого давления. Мембрана опять прогибается вверх — в сторону камеры высокого давления, и весь процесс работы редуктора повторяется. Камера низкого давления имеет клапан, предназначенный для сброса дав.тения газа при повышении давления сверх установленного и защиты от разрыва мембраны в случае, если клапан начнет пропускать газ (самотек в редукторе). Редуктор с одной камерой редуцирования называют однокамсЯ ным, ас двумя камерами — двухкамерным (двухступенчатым). В двухкамерных редукторах давление понижается в двух ступенях; в пер пой — с начального 150 кгс/см* до промежуточного 40+50 кгс/см\ а во второй — до конечного рабочего 3+12 кгс/см*. Двухступснч|- тыс редукторы имеют более постоянное рабочее давление, менее склонны к «замерзанию», но сложнее по конструкции, чем одно камерные редукторы, и требуют больше материальных и трудовых затрат на изготовление. В настоящее время газовые редукторы унифицированы, и технические характеристики редукторов унифицированного ряда охватывают все нужные диапазоны расхода газа и рабочих давлений Унифицированный ряд состоит из нескольких групп газошп редукторов, каждая группа разработана на одной общей базе. Эле* менты (детали) регулирующих систем разных типов редукторов уии Г пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 211 фицировакы внутри каждой группы. Это значит, что почти все основные детали взаимозаменяемы между собой в разных редукторах какой-либо конкретной группы. Редукторы имеют окраску того же цвета, «гго и баллоны с газом, для которых они предназначены. Сетевые редукторы выпускаются промышленностью для пони- жетшя давления до рабочего (кислород, природный газ и лр.) давление и поддержание его постоянным при работе Редуктор также выполняет роль обратного клапана, защищая газопровод от обратных ударов пламени в аппаратуру. Редукторы должны содержаться в чистоте, без каких-либо следов масел, жиров, с исправными прокладками, резьбы не изношены, с исправными манометрами. Необходимо помнить, что рабочее давление горючего газа должно быть меньше рабочего давления кислорода, чтобы горючая смесь нс попала а кислородный баллон и не привела к взрыву. При кратковременных перерывах в работе закрывают только запорный вентиль редуктора, не изменяя положения регулирующего винта. При перерывах в работе более 1ч ослабляют главную пружину редуктора, выпускают газ из горелки и вращают регулирующий ши гг против часовой стрелки, пока давление газа по манометру такого давления не будет равно нулю. После этого закрывают полностью вентиль баллона. Если стрелка манометра не устанавливается на ноль, то такой манометр следует заменить. Одна из серьезных неисправностей редуктора — это самотек, когда при полностью вывернутом регулирующем винте газ продолжает поступать в рабочую камеру' редуктора. Причиной самотека является неплотное прилегание клапана к седлу из-за твердых части, заносимых потоком газа в редуктор, выкрашикания или нервностей поверхности уплотнителя (непритертость), поломки или усалки запорной пружины, заедания клапана 8 направляющих, н т. д. В результате самотека при неисправном предохранительном кла- ii.iHc и закрытом вентиле горелки может произойти разрушение мем- прлны, крышки, манометра, срыв или разрыв шлангов — т. е. разрушение слабого звена в перечисленной цепочке. Исправность пре- дохрашггсльного клапана и его настройку на нужное давление, а также отсутствие самотека п редукторе необходимо проверять систематически, не реже I рала в неделю. 196 Сварочные работы Нельзя пользоваться рсдук- 1 тором без манометра либо с неисправным манометром. Замерзание редуктора При прохождении газа через редуцирующий клапан из камеры высокого давления в камеру низкого давления происходит снижение давления газа и его охлаждение. Так как газ всегда содержит! пары воды, то охлаждение газа может вызвать образование кристаллов льда и закупорку ими клапанов редуктора, нарушая нормальную работу редуктора. Это называют «замерзанием» редуктор I ра. Чтобы избежать «замерзания*, нужно отбирать газ из вертикально стоящего баллона, удалять влагу из редуктора и вентиля баллона продувкой. «Замерзший* редуктор необходимо снять и отогреть в теплом помешении, зачем удалить из него влагу. В 1996 г. был разработан новый типоразмерный ряд баллонных и малогабаритных редукторов. Они имеют высокую точность, малый пес и полностью соответствуют международным стандартам. 4.7. Переносные генераторы для получения ацетилена Для получения ацетилена из карбида кальция применяют ацетиленовые генераторы. В зависимости от с п о с о б а у с т а н о в к и при эксплуатации подразделяются на стационарные и переносные, по с п о с о б у в з а и м о д е й с т в и я карбида кальция с водой — на три типа КВ (карбид в вону); В К (вода па карбид) — с вариантами процессов М — мокрого, С — сухого; К (контактный) с вариантами процессов: ВВ — вытеснения воды и ПК — погружение карбида, в з а в и с и м о с т и о т д а в л е н и я получаемого ацстисна — на генераторы низкого давления — до 0,2 кгс/см? и среднего — от 0,2 до 1,5 кгс/см2 давления. Реакция получения ацетилена экзотерм114на, с выделением большого количества тепла (400 ккал на 1 кг карбида кальция) и требует сильного охлаждения] зоны реакции. Гпава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 213 Три типа (системы) ацетиленовых генераторов имеют достоинства и недостатки. Пивные принципиальные требования к любой системе ацетиленовых генераторов едины и заключаются в том, чтобы генератор, обеспечивая наивысший выход ацетилена из карбида кальция, имел хорошее охлаждение и не допускал полимеризации ацетилена в генераторе, и нагрева генератора (и ацетилена) выше 80'С. Диализируя работу всех трех типов (систем) генераторов (КП; ВК; К), нужно помшггь следующие особенности этих систем: 1. Система КВ — карбид периодически попадает отдельными порциями в большой объем воды. Принципиально эта система является наштучшей. Куски карбида омываются большим количеством воды, разложение практически происходит до конца; зона реакции очень хорошо охлаждается. Образующийся ацетилен, проходя через слои воды, хорошо охлаждается и промывается; полимеризация ацетилена практически не происходит, выход ацетилена из карбида кальция наивысший, около 95 % чистого и охлажденного ацетилена. 2. Система В К — вода периодически подается на карбид, насыпанный в открытую сверху коробку, а коробка находится в специальном пространстве — цилиндрической реторте, герметически закрывающейся снаружи. Карбид реагирует с относительно малым количеством воды, зона реакции охлаждается недостаточно (вола, охлаждающая только по наружной поверхности реторты). Возможем перегрсп ацетилена и его полимеризация. Полимеризация ацетилена — это спокойное разложение его на yi лсрод и водород с последующим образованием других углеводородов и смол при атмосферном давлении и медленном нагревании его до 700"С. При быстром нагревании (100-^-350 ipaa/c) полимеризации переходит в самовоспламенение или взрыв ацетилена (например, работа карбидной пылью и т. д.). О сильном перегреве ацетилена и периодической полимеризации можно судить по присутствию смол в инжекторном узле горелки, резака, а также желтоватой окраске или у разряженного оператора. Значит, такой генератор плохой. В хороших генераторах полимеризация фактически отсутствует. Практически допустимый нагрев ацетиленовых генераторов зависит и от давления ацетилена, например, при давлении до 1,5 кгс/см* допускается нагрев ацетилена до 150*С, при более высоком давлении —до !00"С 196 Сварочные работы Ацетилен взрывоопаснее водорода, пропана, природного газа. При системе В К куски карбида кальция обволакиваются слоем гидрата окиси кальция Са(ОН), (гашеная известь), разъединяющей карбид с водой, реакция разложении не доходит до конца, и генераторы дают пониженный выход ацетилена — 85*90*$. Единовременная загрузка карбида в реторту сравнительно невелика. Несмотря на указанные существенные недостатки, система ацетиленовых генераторов ВК («вода на карбид») являлась ранее наиболее распространенной по причине простоты конструкции се генераторов. 3. Система К — контактная, при которой карбид кальция и !юла периодически приводятся в соприкосновение и вновь рать-1 единяются н зависимости от расхода ацетилена и генераторе. | При разъединении с водой разложение карбида производится остатками воды, смачивающей куски карбида, в условиях очень.] плохого охлиждения. В результате неизбежен перегрев ацетилена И его полимеризация. Контактная система применяется обычно лишь для перенос! генераторов малой производительности. Они значительно уступают другим генераторам вследствие низкого выхода ацетилена и сю качества. Однако несмотря на указанные недостатки, контактная система до сих пор имеет практическое применение благодаря простоте конструкции генераторов для малых расходов ацетилена. Для охлаждения генераторов (и ацетилена) положено испольэо-] вать от 7 до 18 л воды на 1 кг карбида кальция, хотя для полно разложения I кг карбида нужно всего 0,6 л воды. ГОСТ 5190-78 устанавливает определенные требования к ацетиленовым передвижным генераторам. 1. Передвижные генераторы должны бьпъ по возможности легкими, удобно переносимыми и обеспечивать нормальную р4- боту при температуре окружающей среды от плюс 40 до минус 29.5‘С. 2. Конструкция генераторов должна позволять производить продувку всех газовых объемов в течение 1 мин во избежание образования взрывоопасной ацетидсново-воздушной смеси. 3. Возможность автоматического регулирования газооб|мзоаания в зависимости от потребления ацетилена. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 215 4. Наличие предохранительного устройства, ограничивающего давление газа в установленных пределах, и предохранительного затвора для предотвращения попадания взрывной волны в генератор при обратном уларе пламени. 5. Давление ацетилена после предохранительного затвора должно быть нс менее 100 мм вол. ст. с тем, чтобы исключить подсос воздуха через затвор в рабочий инструмент. 6. Исключение заиливания и зависания карбида кальция. 7. Количество воды, заливаемой в аппарат, должно обеспечивать хорошее охлаждение. Температура ацетилена, выходящего из генератора, не должна превышать 35'С. Размеры кусков карбида кальция, загружаемого в генератор, должны составлять 25/80 мм. В переносном генераторе допускается использование до 5% карбида кальция грануляцией 2/15 мм при наличии специального теилоотводяшего устройства. Допускается нагрев: в зоне реакции до 80"С, нагрев ацетилена — до 115“С. 8. Наличие устройства для измерения давления газа в газообразователс. 9. КПД генератора должен быть нс ниже 0,85*0,9. Снаружи генераторы окрашиваются в белый цвет. В генераторе нельзя применять детали из сплавов, содержащих более 70% меди, а также детали, способные при работе вызывать образование искр. Соединение ацетилена с медью образовывает ацетиле- нилы, которые взрывоопасны. Максимальная производительность генератора нс должна превышать 10% номинальной. Ацетиленовые генераторы любого типа включают следующие основные узлы: газообразователь для получения ацетилена; гаэо- сборник (газгольдер) для хранения газа и компенсации неравномерности газообразования и газопотрсбления. 11редохранитсльное устройство (клапан), выпускающее избыток газа в атмосферу при увеличении давления выше допустимого. Защитное устройство (предохранительный затвор) для локализации пламени а не тлена — воздушной или ацетилено-кислородной смеси и предохранения от попадания в генератор воздуха или кислорода со стороны отбора< газа. В комплект передвижных ацетиленовых генераторов могут также вхсуипъ промыватсль для охлаждения и очистки ацетилена от примесей и осушитель для улавливания паров волы из вы холящего ацетилена, которые недопустимы при работе генератора в условиях низких температур. 196 Сварочные работы Передвижные генераторы используются преимущественно для работ на открытом воздухе. В случае эксплуатации генератора при минусовой температуре окружающей среды необходимо генератор устанавливать на деревянный шит; а водяной затвор заливать морозоустойчивым раствором, менять который следует не реже чем через 24 ч работы при нормальной производительности, закрывать тепл» изоляцией от замерзания все узлы и сам генератор. В случае замерзании волы в узлах отогревал» их следует только горячей водой или паром Генератор устанавливается на расстоя-J ним не менее 10 м от места сварки (резки), а также от любого другого источника пламени. Для временных газопламенных работ генератор разрешается устанавливать в жилых и производственных помещениях при условии хорошей естественной вентиляции и объеме помещения нс менее 300 м3 на каждый ацетиленовый генератор. Запрещается ставить генератор в помещениях, в которых во: можно выделение веществ, образующих с ацетиленом взры опасные соединения, а также в зонах забора воздуха иектил ми и компрессорами, особенно для производства кислорода. II мешение, где работал ацетиленовый генератор, должно был» хорошо проветрено. Известковый ил от генератора выгружают п специ, ную тару, а затем сливают в иловую яму. Передвижные генераторы необходимо осматривать и Прове] на пригодность не реже 1 раза в год, и в случае неисправности — и допускать к работе. Гпава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 213 В настоящее время выпускаются передвижные генераторы среднего давления типа АСП-1,25-6 (рис. 75 и табл. 6) и АСП-1,25-7. Это генераторы контактного типа. В 1097 г. ВНИИаитогенмашем разработаны и поставлены на серийное производство новые надежные передвижные ацетиленовые генераторы типа БАКС-1 с водяным затвором ПГ-1,5. За основу взяты ацетиленовые генераторы типа АСП. В генераторах АСП процесс газообразования регулируется временем соприкосновения и изменением количества карбида каль- 15/ Рис. 75. Анегиленоаый переносной генератор АСП-1,25-6: 1 — предохранительный затвор. 2 —■ корпус; 3 — предохранительный клапан; 4 — корзина, 5 — мембрана, 6 — винт: 7 — пружина; 8 — крышка; 9 — мвномопур, 10 — поддон; 11 — контрольная пробка; 12 — вентиль; 13 и 14 — штуцеры; 15 — переливная трубка 218 Сварочные рлбогы Техническая характеристика генератора АСП-1,25-6 Производительность, м3/ч Таблица 6 до 1.5 Давление, кгс/см2: рабочее после водяного затвора максимально допустимое в корпусе генератора Единовременная загрузка карбида кальция, кг Время работы без перезарядки, ч 0.1—0.7 1.5 3.2 О.7—О.0 Допустимые размеры кусков карбида кальция, мм 25/80 Общая емкость генератора, л 50,6 Емкость, л: промывателя газообразователя вытеснителя 24.5 15 11.1 Объем воды, л: заливаемой в лромыватель 7 заливаемой в газообрззователь 7.6 заливаемой в вытеснитель 4.5 Габаритные размеры, мм Масса без воды и карбида кальция, кг 420 х 380 к 960 21,3 ция, смоченного водой. Процесс вытеснения воды (ВВ) в таком ге- неразорс сочетается с процессом погружения карбида (ПК). В процессе ВВ загрузочное устройство с карбидом кальция к подвижно, а уровень волы меняется в зависимости от выработ ацетилена. С увеличением епбора ацетилена уровень воды noiiufi шнетсн и увеличивается слой смоченного карбида кальция. В п; цсссе ПК уропеиь воды постоянный, а загрузочное устройство карбидом кальция поднимается или опускается в зависимости иг давления ацетилена л газосборнике, вследствие чего изменяется к личсство смоченного карбида кальция. Корпус генератора АСП-1,25-6 состоит из газообразонатсля и промыватсля, соединенных между собой переливной трубкой. В газообразоватслс происхол1гг разложсш1е карбида кальция с выделением ацетилена, в промыватслс — охлаждение и отделение Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 215 от частиц извести. Вода в газообразователь заливается через горловину. При достижении уровня (торца) переливной трубки 15 вода переливается по ней в проммпатсль, который заполняется до уровня контрольной пробки //. Ка1>бид кальция загружают в корзину 4, закрепляют поддон 10, устанавливают крышку с мембраной на горловину. Уплотнение крышки с горловиной обеспечивается усилием, сохраняемым винтом 6 при помощи мембраны 5. Образующийся в газообразонателе ацетилен по переливной трубке поступает в промыватель. барботируя (бурление) через слой воды, охлаждается и промывается. Из промыватсля через вентиль 12 по шлангу'ацетилен поступает и предохранительный затвор 1 и далее на потребление. По мерс повышения давления в газообразовагелс давление ацетилена на мембрану преодолевает усилие пружины, переметая ее вверх, при этом корзина с карбидом кальция, связанная с мембраной, также перемещается вверх, уровень смоченного карбида уменьшается, выработка ацетилена ограничивается и возрастание давления прекращается. При снижении давления в газообразовате- ле усилием пружины корзина с карбидом кальция возвращается вниз и происходит замочка карбида калышя. Таким образом, процесс выработки ацетилена регулируется с помощью мембраны. Одновременно по мере увеличения давления в газообразонателе усилие давления ацегилена на поверхность воды перегоняет воду в вытеснитель (карман по диаметру внутри генератора), и корзина с карбидом калышя оказывается выше уровня воды (исчезает контакт с водой), в результате чего реакция прекращается. По мере уменьшения давления вода вновь занимает прежний уровень (возвратившись из карманов) и вновь происходит замочка карбида кальция. Давление ацетилена контролируется манометром 9. Ошв ила из га юобразователей и иловой волы из промыватсля осуществляется соответственно через штуцеры /.7 и 14. Предохранительный клапан 3 служит для сброса ацетилена при увеличении давления в генераторе выше допустимого. В месте присоединения клапана к корпусу установлена сетка для задержания частиц карбидного ила, окали- ни и яр. Вентиль /2служит для пуска и регулирования подачи аце-1 тилена к потребителю. На базе генератора ЛСП-1.25-6 разработан ацетиленовый морозоустойчивый генератор ЛСП-1,25-7, отличающийся егг АС.П- 1,25-6 220 Сварочные работы- наличием в загрузочной корзине теплоотводяшей пеганки,, которая делает возможной переработку до 5% карбида кальция гра- нуляиией 2/15 мм. Генератор АСП-1,25-7 удобен в эксплуата-т ими при минусовой температуре окружающей среды в частности за счет того, что комплектуется незамерзающим затвором типа ЗСН- ш В литературе имеются описания ацетиленовых генераторов типа ЛИВ-1,25-69 (с вытеснением воды наружу), АСВ-1,25;ЛМВ-1,25 и др., которые не выпускаются с 1980 п, поэтому они здесь не рассмат-1 рнвакггся. За рубежом ацетиленовые передвижные генераторы почти не выпускают в связи с неэкономичным расходованием в них карбиД кальция, а полг>зуются баллонным ацетиленом. Применение перелайжных генераторов в России пока еще необходимо в связи с отдаленностью рабочих мест от стационарных станций, производящих ацетилен с последующей заправкой его » ацетиленовые баллоны. 4.8. Предохранительные газовые затворы Для предотвращения взрыва газов на ацетиленовые генераторы устанавливаются предохранительные затворы — водяные и сухою действия. Водяные затворы расчитаны на низкое и среднее давление газов. Поскольку генераторы низкого давления сейчас гге выпускаются, водяные затворы низкого давления здесь не рассматрм веются. Водяной затвор среднего давления (рис. 76) устроен и работаея следующим образом. Газ подается через трубу / в корпус 3 затворял Затем он проходит через шаровой обратный клапан 2(поднимая ею своим давлением) с газораспрсдстггслсм, через слой воды и далее и горелку через ниппель 6. Вода в затвор заливается через отверстие. пламени 6 взрывчатая Рис. 76. Устройство и схема работы водяного затвора среднего давленир- д — нормальная работа затвора: б — обратный удар пламени, 1 — газоподвадящая труба. 2 — обратный клапан. 3 — корпус, 4. 8 и 9 — пробки; 5— мембрана. 6—ниппели; 7 — контрольный кран; 10 — кран Гпава 4 Оборудование и технология газопламенной обработки металла 221 «скрываемое пробкой, до контрольного крапа 7 и сливается через пробку. При обратном ударе пламени вода под давлением взрывчатой смеси давит на шаровой клапан и закрывает его. Этим исключается прохождение взрывчатой смеси в газопроводную трубу. Под давлением взрывчатой смеси мембрана 5 разрывается и газовая смесь выбрасывается наружу. Для очистки клапана служит пробка. Затвор имеет свой кран Следует отметить важный момент: если водяной затвор использовать на расход газа больший, чем но его характеристике, то газ будет проходит ь через Воду не отдельными пузырьками, разъединенными водой, а сплошным столбиком — каналом из сплошною газа и при обратном ударе пламя по лому каналу пройдет до генератора, что грозит взрывом. 222 Сиарочные работы Мсмбрашгыс затворы неудобны и невыгодны в эксплуатации. Разрыв предохранительной мембраны в случае обратного удара нри-1 водит к потере газа и перерывам в работе. А подбор, испытание и смена фольги требуют дополнительных затрат. Затвор ЗСГ-1,25-4 — затвор среднего лав- I ления (рис. 77) на допустимое давление — 1.5 кгс/см?, а рабочее давление — до 0,7 кге/ см3, пропускной способностью 1,25 мУчас, массе ] 2.5 кг. Затвор состоит из цилиндрического корпуса /с верхним и нижним сферическими днищами. В нижнее днище ввернут обратный клапан, состоящий из корпуса 4, гум- 1 мироваииого (гуммирование — это покрытие резиной металлической детали) клапана 3 и колпачка 2. Обратный клапан имеет отверстие дшм слипа полы, закрытое пробкой 6У и ниппель 7 дли инода ацетилена п затвор. Сетка 5 предкам качена для задержания частиц карбидного;)! других загрязнений ила, окалины. В верхней части затвора расположен пламя преградитсль /0 и штуцер /7, а в нижней части — рассекатель газа 14, чтобы разры-1 вать сплошность газового потока (цепочки) Рис. 77. Предохрани- (рис. 77). тельный затвор для слива воды, I ЗСГ-1.25-4 Пробка 8 предназначена Вода в затвор заливается до уровня кон! рольной пробки 9 при вывернутой накидной- гайке 12ч снятом ниппеле /3. Ацетилен поступает в затвор по газоподводяшей трубке, при подняв гуммированный клапан, проходит через слой волы, затем ВЫХОДИТ через ниппель 13 в шланги горелки или резака. При Обри Я ном уларе ацетнлено-кислородного пламени клапан прижимает давлением воды к седлу и препятствует проникновению ацетилом из генератора н :штвор, а пламя гасится столбом волы. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 215 Жидкостные затворы воспринимают взрывную силу обратного удара, поэтому рассчитываются на максимальное давление, которое может создаться при взрыве. Генераторы АСП-1,25-6 иногда комплектуются прело- хранительным затвором ЗСГ-1,25-4, который требует постоянного контроля уровня жидкости. а в зимнее время — замены воды антифризом, что не всегда возможно и приводит к увеличению затрат времени на обслуживание генератора. В настоящее время выпускается надежный сухой затвор ЗСН- 1,25, разработанный ВНИМавтогснмашсм в 1979 г. Пропускная способность затвора 1,25 Mj/4 ацетилена среднего давления. В корпусе 1СН-1,25 (рис. 78) выполнены обводной канал длиной до 1,55 м (лабиринтный), связывающий газовый объем под мембраной 2 с выходом из затвора, и седло отсечного клапана. Газонепроницаемая эластичная мембрана разделяет защитное устройство на две I.новые камеры, сообщающиеся между собой только через обиод- Рис. 78. Предохранительный затвор ЗСН-1,25: I — корпус; 2 — мембрана; 3 — крышка, 4 — стс&чной сферический клапан. 5 — стакан; 6 — уплотнитель, 7 — обратный клапан ной канал. Газ от генератора через обратный и отсечной клапанИ проходит 224 Сварочные работы обводной капал (лабиринт) корпуса и выходит из за-1 твора. При В03НИКН013СНИИ обратного удара пламя распространяется по обводному каналу, при лом мембрана пол воздействием ударной волны прогибается и, входя в контакт с отсечным клапаном, заклав ниваетего в коническом седле. При возникновении обратного тока I газа проникновению н генератор окислителя со стороны нотрсблеЛ ния препятствует обратны!! клапан. Предохранительный клапан должен обеспечивать выпуск избытка газа из генератора и полностью открыться при давлении,! превышающем максимальное рабочее давление нс более чем на I5%j Так как разность максимально допустимого рабочего давления и давления, при котором открывается клапан, должна быть очень не-; большой, для передвижных ацетиленовых генсратороп изготавливают предохрашгтельные клапаны мембранного типа, в который площцдь мембраны значительно больше плошали выходного отпей стоя седла На ацетиленовые генераторы ЛСП-1,25-6 устанавливаются find предохранительный клапан КПА-1,25-77, предназначенный для» сброса ацетилена в атмосферу из генератора при давлении в нем. большем максимально допустимого. Конструктивно он нссложо 1' и представляет собой корпус с расположенной в нем и од пру* и*; ценной мембраной Усилие нажатия пружины на мембрану рету^ лируется винтом и пломбируется. В рабочем состоянии клапан закрыт. Клапан срабатывает при давлении 1,5+1,7 кгс/см1. Размеры клапана 62 х 80 мм, масса 0,21 кг. 4.9. Рукава (шланги) для газов Для полачи кислорода и горючих 1аэов к горелке резака ныпус"| каются рукава (шланги) по ГОСТу 9356-75, состоящие из олниВ резины или двумя тканевыми прослойками для придания шлашу прочности. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 215 В зависимости сп назначения и условий работы, давления, рукава выпускаются трех типов. Тип I — для горючих газов (ацетилен, природный гез) на рабочее давление ло 6,3 кгс/см*. Тип 2 — для жидкого горючего пропан — бутана на рабочее давление до 6,3 кгс/см2. Тип 3 — для подачи кислорода на рабочее давление до 15 кгс/см1 (испытания — 20 кгс/см2). По внутреннему диаметру для ГОМ в основном применяются шланги внутренним диаметром 6 и 9 мм, хотя выпускаются они различных диаметров от 6 до 16 мм. По стандарту шланги выпускаются длиной 10 и 14 м или кратной длины. Наружный диаметр шлангов на 8-10 мм больше внутреннего. Гукаиа (шланги), выпускаемые промышленностью, предусмотрены для эксплуатации при температуре от плюс 50 до минус 35*С. Шланги, ранее использовавшиеся для горючих газов, нельзя применять для подпоил кислорода. Шланги маркируют несмываемой краской на концах но 0,5 м: шланги для горючих газов — красный, для жидкого горючего — желтый, для кислорода — синий. Для безопасной работы от ацетиленового передвижного генсра- гора длина шланга должна бьпъ от 10 ло 20 м. Шланг должен состоять нс более чем из трех кусков, причем каждый кусок должен быть нс менее 3 м. Шланг для подачи бензина должен бьпъ цельным, без состыковок. Соединение рукавов выполняется с помощью двусторонних гофрированных ниппелей и укрепляется хомутиком, обжимающим шланг на ниппеле по поверхности. Для предохранения источника газопита- ммя от огня рекомендуется применять различные заши тые устрой- i та (поляной или сухой затвор), если нс используется газовый редуктор, который выполняет роль затвора. 4.10. Горелки для сварки Горелка яапястся основным инструментом газосварщика. Горел-] ка предназначена для образования пламени с регулируемой тепле вой мощностью. 11ромышлеиностью выпускается четыре лита rof лок по ГОСТу 1077-79 со следующими характериептками: Г1 — горелка микромошносги, бсзынжскторная (5—50 л/ч). 224 Сварочные работы Г2 — горелка малой мощности, инжекторная (25—600 л/ч). ГЗ — торелка средней мощности тгжекторная (50—2200 л/ч).< Г4 — горелка большой мощности щтжекторная. Горелки выпускаются с наконечниками следующих номеров: 0, I, 2, 3,4, 5, 6, 7. Горелка Г2 поставляется с наконечниками № I; 2; 3, а наконечник N? 0 — по дополнительному заказу. Горелка малс мощности предназначена для сварки сталей толщиной 0,3*5 мм; работаете резиновыми рукавами диаметром 6 мм. В комплект горелки ГЗ входит три номера наконечника № 3,4 и 6, а наконечники № 1. 2, 5, 7 поставляются по отдельному зака Горелка ГЗ предназначена для еварки низкоуглсродисюй етал||| толщиной от 0,5 ло 30 мм, работает с резиновыми шлангами дна метром 9 мм. Чаще всего используются горелки малом и средне мощности. Горелки типа Г4 выпускаются редко и, как правило, по специи альному заказу. Инжекторная горелка (рис. 79) — это такая горелка, в которой подача горючет газа в смесительную камеру происходит за сче^ образования зоны разрежения (вакуума), которой подсасывается и рючий газ. Подсос создается струей кислорода, пыходяшего с большой скорост ью из инжектора в смесительную камеру. Этот проь подсоса газа с более низким давлением струей газа высокого щ ления называется инжскиисй, а горелки — инжекторными. Для нормальной работы инжекторной горелки необходимо имен, диаметр ВЫХОДНОГО канала мундштука равным диаметру канала сь сительиой камеры, а диаметр канала инжектора — в 3 раза меньше Кислород из баллона через ниппель, трубку и вентиль 5 пс паст в отверстие инжектора 4. Выходя из инжектора с большой СКА ростью, кислород создаст разряжение в ацетиленовом канале (в ж лости) и засасывает ацетилен, который проходит через ниппель 6, вентиль 7 в Г лава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 227 смесительную камеру 3. В этой камере кислород, смешиваясь с горючим газом, образует горючую смесь. Горючая смесь, выходя из мундштука /, поджигается и образует сварочное пламя. Подача газа в горелку регулируется вентилями 5 и 7. Сменные наконечники 2подсоединяются к корпусу горелки накидной гайкой, более подробно схема горелки показана на рис 80. Ниппель 2 (с резьбой по мундштуку), трубка 3 и смесительная камера 4спаяны между собой и образуют наконечник горелки. Безынжскторнмс горелки (кроме микромощности) в России не выпускаются. Для нормальной работы инжекторной горелки давление поступающею н нее кислорода должно бьггь 2-4 кгс/см2. Давление горючего газа может быть значительно ниже — 0,01+0,2 кгс/см2. Горелки имеют присоединительные ниппели для шлангов и накидные гайки для крепления ниппелей. Подача газа в горелку ретируется через кислородный и ацетиленовый вентили, которые находятся на корпусе горелки. Горелка имеет рукоятку, инжектор, ввернутый в смесительную камеру, наконечник (мундштук). В смесительную камеру впаяна трубка горючей шеей, а на лру- н>м конце этой трубки имеется резьба для подсосдинеття мундштука (см. рис. 80). Кислород пол давлением до 4 кгс/см1 через вентиль поступает в инжектор и, пройдя узкое отверстие выходного канала инжектора, рлсширястся и создает разрежение (подсос) в зазоре, образуемом конусом инжектора и стенками смесительной камеры. Величина зазора сильно влияет на степень разрежения (подсоса)и устанавливается сварщиком опытным путем для варианта наибольшего под- Показатель 0 Примерная толщина свариваемого металла (сталь), vv 1 0.3—0.6 0.5—1,5 2 1-2.5 Номера наконечников 3 4 5 2.5—4 4—7 6-11 6 10—18 7 17—30 Расход газа, дмэ'ч: ацетилена кислорода Диаметр канала, г/м: 25—60 50—135 120—240 230-400 28—70 50—135 *30—260 250—430 430—750 740—1200 1150—1950 1900-3100 400—700 660—1100 1050—1750 1700—2800 инжектора 0.18 0.25 0.35 0 45 0.6 0.75 0.95 1.2 смесительной камеры 0.6 0.85 1.15 1.5 1.9 2.3 2,8 3.5 0..85 1,15 1.5 1.9 2.3 2.8 3.5 1-4 1,5—4 2—4 2-4 2-4 2—4 2—4 90—150 100-160 мундштука 0,6 Дааление кислорода, 0.8—4 3 кгс/см Скорость истечения смеси 40-135 из мундштука, м/с 50—130 65—135 75—135 80—140 110-170 228 ________________________________________ _______ Сварочные рабо$^ИД Г пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 229 Таблица 7 Техническая характеристика наконечников универсальных сварочных горелок Сварочные работы 230 где ve — расход кислорода, м*/ч; р — давление кислорода, кгс/см*1 Например, расход кислорода vk - 0.22 м'/ч, давление р- 3 ктс/смЗ то d I 0,22 [ом 0,35 мм. - V 0,45(3+1) ' V 1,8 " 0-349;^ Газосварщик должен четко знать принцип действия горелки й в особенности работу инжекторного устройства, состоящего из инжектора и смесительной камеры Засорения и забоины в канале инжектора, чрезмерное увсличс-1 ние диаметра канала, смещение его по отношению к отверстию в смесительной камере отражается на количестве поступающего i рючего газа, приводит к обратным ударам пламени, так как скс ростъ выхода (истечения) горючей смеси из мундштука становится МСН1.ШС скорости ее сгорания. Обратные удары могут быть из-за перегрева мундштука до 400*5(ХГС, и смесь воспламеняется внутри — до выхода ее из горелки. Инжекторное устройство горелки должно обеспечивать пскотоЯ рый «запас ацетилена», т. с. увеличение его расхода при полном открытии ацетиленового вентшш горелки но сравнению с паспорт- Таблица 6 Техническая характеристика горелки ГЗ-02 Номера наконечников Показатели Толщина свариваемой низкоутлерояистой стали, мм 1 2 3 4 0,5—1 1-2 2-4 4-7 Расход газа, л/ч ацетилена 65—90 кислорода 70—100 140—200 270-380 450—680 1.5—3.0 1.5—3.0 2.0—3.0 2.0—3.0 Давление кислорода, кг с/см’’ Давление ацетилена. кгс/см Диаметр отверстия в мундштуке (номинальный размер), мм 250—350 420—600 От 0,01 ДО 0.7 ? Длина ядра пламени, мм 130—180 6—7 8-9 10—11 0.8 1,1 1.5 13—15 1.9 Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 231 ним расходом газа для данного номера мундштука, который должен быть не менее 15%. Для каждого наконечника любой горелки подобраны определенные размеры смесительной камеры, инжектора, мундштука. Например, для наконечника № 4 горелки ГЗ инжектор имеет диаметр отверстия 0,6 мм, смесительная камера — 1.9 мм и мундштук — I.9 мм Если на ствол (наконечник) № 4 установить мундштук с отверстием диаметром 2.1 мм. то скорость газа на выходе из мундштука резко уменьшается и пламя будет гореть внутри наконечника, что приведет к хлопкам и обратным ударам при работе ацетиленом, а для пропана это явление используется специально — для предварительного подогрева смеси (в специальном мундштуке). То же наблюдается, если для наконечника № 4 использовать инжектор, имеющий диаметр менее 0,6 мм. Перечень выпускающихся в настоящее время горелок в России приводен ниже — в номенклатурном перечне оборудования. 4.11. Заменители ацетилена Одним из газов — заменителей ацетилена является гтропан-бу- таиовая смесь, теплотворная способность (калорийность) которого в 1,5 раза выше, чем у акснителсна, но температура сгорания в смеси с кислородом ниже, чем у ацетилена, и примерно равна 2400'С. '^гого недостаточно для сварки стали, хотя для цветных металлов П1Х)паи-бутапопое пламя имеет определенные преимущества по сравнению с ацетиленом. Для повышения температуры пропанового пламени применяют в горелках специальные устройства, обеспечивающие предварительный подогрев газовой смеси перед сжиганием до 300-г4(КГС. Этот прием позволяет поднять гемепературу проиано-кислоролного пламени до 2700—2750' С, которой уже достаточно для успешной сварки стали Заменителем ацетилена является природный газ. По конструктивной особенности горелки для №ов-замешггелеЙ должны обеспечивать эффективную тепловую мощность пламени, близкую к ацетилену, а каналы для прохода газов имеют размеры с учетом рас- Сварочные работ 232 хола. т с. коэффициента замени газа-заменителя по отношению к ацетилену. Смысл в том, что для получения такого же количества тепла, как от ацетилена, требуется сжечь больше или меньше горю?! чего газа — с учетом ею теплотворной способности, за тел же отрс-В эок времени. Если принять расход ацетилена за единицу, то коэффициентам | мены ацетилена другими газами различен и завиеггт от теллотворЯ ной способности заменителя. Таблица 9 Коэффициенты замены ацетилена Горючий газ Ацетилен Коэффициент замены ацетилена Практическое соотношение У*.ИСЛ0Р0Я31 М ^ropwWflrn га» М Средним скорость истечения смеси из мундштука, м/с 1 1.3 80—140 Водород 5.2 0.4 100—180 Природный газ (метан) 1.8 1,5 40—70 Пропан 0.6 2.7 30—50 Бутан 0.55 3.5 25—45 Из табл. 9 видно, что для получения, например, эквивалентной ацетилену тепловой мощности пламени с природным газом потре^ буется природного газа в 1,8 раза больше по объему, а кислорода в 1,5 раза больше. Теоретически количество кислорода, нсобходимото для полнот сгорания горючего по фазам горения, определяется следующими jx*акциями: ацетилен: 1) + 02 =* 2СО + М7 2) 2СО -г Н, + 1,50, = 2С0, + 11,0; на I объем ацетилена требуется 2,5 объема кислорода; пропан: I) С,Н, + 1, 50, = ЗСО + 4Н, 2) ЗСО + 4Н, + 3, 50, = ЗСО, + 411,0; на 1 объем пропана требуется 5 объемов кислорода; природный газ: 1) СН4 + 0, 50, — СО + 2Н, 2) СО + 2Н? + 1,50, - СО, + 211,0 на I объем метана требуется 2 объема кислорода. Г1рн сгорании I кг бензина требуется 2,6 м‘, а для 1 кг керосина — 2,55 м* кислорода. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 233 Догорание части средней зоны пламени и <1>аксла происходит за счет кислорода воздуха, а качественные характеристики фаз горения неодинаковы, поэтому для нормального сжигания газа кислорода потребляется в соотношении для ацетилена —1:1,2; пропана — кислород = I : 2,8 природный газ: кислород =1:1,5. Но учитывая, что по тегиювсрности вместо 1 м ’ ацетилена требуется 0,6 м3 пропана, и кислорода потребуется И ,8 м\ Известен ряд способов повышения тепловой эффективности пламени газов — заменителей ацетилена. Наиболее просто повысить температуру пламени (на 100—200“С) путем увеличения в смеси газов количества кислорода, но пламя при этом станет окислительным. Для кислородной резки, закалки это неплохо, но для сварки стали требуются особые меры защиты сварочной ванны от окисления. Другой способ повышения эффективности нагрева — разделение потока газов пламени на несколько отдельных струй меньшего диаметра, сфокусированных в одной зоне (точке) на определенном расстоянии от торна мундштука (обычно 12+15 мм) в сетчатых мундштуках. Это способствует более быстрому прогреву газовой смеси перед воспламенением. При этом пламя укорачивается, ускоряется нагрев, но увеличивается и зона нагрева, что нежелательно. большое внимание в последнее время уделяется предварительному подогреву газовой смеси до 250—400"С на выходе из мундш- гука. Струя воспламеняется быстрее и на более коротком участке, конус пламени укорачивается приобретая четкое очертание. Простой способ получения тепловой мощности пламени газа- заменителя, эквивалентной тепловой мощности пламени ацетилена - это взять наконечник горелки, инжектор и мундштук из номеров, представленных в табл. 10. Мундштуки № 7 (отверстие 3,5 мм) применять нежелательно, ык как пламя горит неустойчиво, ядро размытое. Сварочные работы 234 Таблица 10 Горолки дли газов-заменителей ацетилена Ацетилен Природный газ (метан) N» сме№ нако- No инжек- No мунд- сительной No инжектора штука камеры тора нечника горолки — 3 3 1 2 2 3 4 5 4 6 5 6 7 4 5 4 5 6 6 Пропан № смеNo мунд- сительной кати еры штука 4 4 5 5 5-в 6 7 7 Концентрацию и температуру пламени можно повысить путем утопления основного ядра пламени в тело мундштука (внутрь) на определенную глубину ступенчатым рассверливанием выходного канала мундштука на глубину 0,5 его диаметра сверлом, на 2 мм большим диаметра отверстия в мундштуке. Это рекомендация для упрощенного варианта и аффект ее незначительный. Лучше вариант, когда смешение ядра пламени в тело мундштука производится в конусное углубление (с определенным углом), расширяющееся на выходе. Глубина конуса 4—6 мм. Это позволяет использовать теплоту от ядра пламени (внутри конуса) для само- Iкорова мундштука и работать на высоких скоростях истечения горючих газов. Используя пропан, эквивалентной тепловой мощности пламени достигают ири значительно меньшем его расходе, чем ацетилен, но в два раза большем расходе кислорода. 4.12. Горелки для газов — заменителей ацетилена На базе серийных ацетилено-кислородных горелок выпускается горелка ГЗУ-2-62 (рис. 81), в которой имеется подо|рсватсль 2 между трубкой наконечника / и мундштуком 3. Подогревающее устройство обеспечивает нагрев горючей смеси до 300— 360"С, в результате чего температура пламени повышается на 300—330”С но Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 235 сравнению с температурой пламени на горелке. нс имеющей подогрева; при этом образуется резко очерченное ядро. Лучшим и более простым вариантом подогрева пропано-кислородной смеси до высоко)! температуры является успешное многолетнее применение самонатрсвного мундштука кумулятивного действия, разработанного Ю. Л. Калачевым совместно с автором книги В этом мундштуке, изменяя геометрию внутренних каналов и размеры их, можно увеличить скорость истечения и горения смеси, а также повысить Рис. 81. Наконечник горелки ГЗУ-2-62 степень концентрации (кумуляцию) пламени (рис. с подогревающем 82. табл. II). камерой Известно, что увеличение скорости истечения 1 — трубке наконеч жидкости и газов из сопла достигается за счет его ника горелки; расширения. В частности, этот принцип 2 — подогревающее устройство; использован в конструкции сопла реактивного двигателя. При выходе газов из расширяющегося сопла потенциальная энср- I ия их струй переходит в кинетическую, в результате чего увеличивается скорость потока и струя сжимается благодаря разрежению, вызванному турбулентным движением газов. «умйи/тук горсти U кумулятивном мундштуке выходное сопло (отверстие на выходе мундштука) заканчивается конусным углублением, наличие которого приводит к увеличению скорости истечения газовой смеси. В этом углублении образуется часть ядра пламени, от которого мундштук и газовая смесь подогревается, а это в свою очередь повышает температуру и тепловую мощность пламени. Ядро пламени характеризуется четкими очертаниями, хорошо поддающимся регулировке по величине утопления в мундш тук, и по длине ядра. Пламя горит устойчиво, но шума больше, чем от ацетилено-кислородного пламени. Сварочные работы 236 Таблица 11 Размеры кумулятинного мундштука, мм Размеры мЛ 3 Номер мундштука 4 5 MR х 1 М10 х 1 М10 х1 М11 х1 6 М11 х 1 0Б 4.3 4.8 6 6 6.5 0В 2 2.8 3 3,2 3.5 Г 4 5 5 20 4.5 25 5 д 28 28 28 Е 34 39 42 42 42 а* 30 35 35 35 35 0.0 1 1.2 1.3 1.4 Диаметр отверстия в инжекторе горе пки Впервые идея предварительного подогрева смеси иропан-бутаии кислородного пламени была реализована в газовой стандартной гсь релке, переделанной пол подогрев газовой смеси по принципу кере* синореза, но со своеобразной сферической «грушей*, впаянной и разрыв трубки наконечника. Эта горелка (рис. 83) получила название «Уфа* и предложена была сварщиком Р. Сабировым. Но по причине неудобства работы с ней эта горелка была f пава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 237 вытеснена более > лобными, усовершенствованными юрелками в начале 60-х годов. Принцип предварительного подогрева газов перед выходом и сжигания сохранился, а изменились лишь пути его достижения. 13о всех горелках уплотнение между смесительной камерой и стволом горелки выполняется при помощи литых резиновых колец, изготовленных из термостойкой резины. Сальники вентилей набиты шестью пропарафннениыми кожаными кольцами. Для изготовления сальников применяется обезжиренная кожа хромового дубления. Шланговые штуцеры имеют резьбу М16 х 1,5, правую — для кислородного штуцера и левую — для ацетиленового. Левая гайка и штуцер для ацетилена имеют отличительные проточки: штуцер — на пояске, гайка — на гранях. Для обеспечения безопасной работы сварщик при обращении с i орелкой должен соблюдать следующие правила ее эксплуатации: I. Перед началом работы проверить плотность присоединения шлангов к горелке мыльным рас тором. Перед присоединением ацетиленового (пропановою) шланга нужно проверить наличие разрежения в ацетиленовом канале горелки. Величина надсоса зависит от зазора между концом инжектора и входом в смесительную камеру. Если зазор мал, то разрежение в Рис. 83. Горелка R Сабирова ацетиленовом канале будет недостаточным, в этом случае нужно несколько вывернул» инжектор из смесительной камеры. Разрежение в ацетиленовом канале горелки определяется после присоединения кислородного шланга к полностью собранной горелке, затем устанавливают рабочее давление кислорода на редукторе баллона н открывают кислородный и ацетиленовый вентили. При этом в ацетиленовом 238 Сварочные работы ниппеле исправный инжектор горелки должен создавать гюлсск, который легко обнаруживается прикосновением пальца к ниппелю. Если подсос отсутствует, то работать горелкой нельзя, ее нужно снять, осмотреть и устранить причину'. 11ричинами отсутствия подсоса могут быть: ненадежное уплотнение между инжектором и седлом корпуса (торец кислородного отверстия внутри горелки неплотно соединен с инжектором), засорение мундштука, инжектора или. реже, смесительной камеры. Устранить это можно осторожной очисткой инжектора, регулировкой зазора между концом инжектора и входом в смесительную камеру, а также очисткой каналов инжектора и смесительной камеры алюминиевой или медной иглой. 2. При зажигании пламени горелки необходимо сначала отрегулировать пламя на нужную мощность. Для этого устанавливают рабочее давление газов на редукторах баллонов, открывая на 1/4 оборота кислородный и на полный оборот ацетиленовой вентили горелки и сразу зажигают горючую смесь, затем полностью от крыш йот кислородный вентиль горелки и устанавливают ацетиленовым вентилем нужное пламя. 3. В процессе работы горелки по мере нагрева мундштука необходимо периодически регулировать пламя. Если в пламени появляется избыток кислорода, то нужно горелку охладит ь во избежание хлопков и обратного удара. Пламя гасят, закрывая сначала ацетилен, затем кислород. 4. При появлении непрерывных хлопков или обратного удар» пламени следует погасить горелку и охладить. После обратного удара необходимо подтянуть мундштук и накидную гайку наконечника горелки. 5. При обнаружении утечки газов в горелке необходимо прекратить работу и устранить утечки. Гпдва 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 239 6. В случае применения в горелке сальников асбестового шнура они должны быть промышленными, а нс пропарафипегшы- ми, так как пары пропана, керосин растворяют парафин и герметичность может нарушаться. 7. Нельзя смазывать газоаппаратуру жидкими или твердыми жирами из-за опасности воспламенителя или взрыва. Неопасной лля кислорода является ланолиновая смазка (бараний жир). 4.13. Газовая сварка В последние годы газовую сварку преимущественно применяют при ремонте, а также на тех работах, где ее использование или более рационально или незаменимо — при отсутствии электроэнергии, оборудования. электроводов. Газовую сварку применяют в основном для стыковых соединений, как более простых, а также иногда — угловых или с отбортовкой. Большая ширина нагрева в зоне сварки приводит к деформациям и внутренним напряжениям, особенно при тавровых и нахлестанных соединениях. Часто применяют газовую сварку газопроводов из труб малого диаметра (разводка газовых груб в квартирах) как более удобную и практичную с технологической точки зрения. Правилами в газовом хозяйстве разрешается применять газовую сварку для газопроводов диаметром нс более 150 мм. при толщине стенок нс более 5 мм. Качество сварною шва во многом зависит от навыков, квалификации сварщиков. Газовую сварку освоить легче, чем ручную луговую, и, как правило, из хорошего электрос вар шика после нс- лолгого обучения получается хороший газосварщик, а наоборот — бывает потрудней. При сварке пропаном вместо ацетилена очень важно помнить и выполнять одно требование — постоянно и в достатке давать присадочную проволоку, которая раскисляет, и буквально на глазах очищает ванну от окислов, так как проволока содержит 2% марганца и \% кремния (СВ-08Г2С). Если этого нс делал,, то сварка практически не получится хорошего качества. Для сварки низко* углеродистой стали флюсов не требуется, как при использовании ацетилена, так и пропана При сварке пропаном диаметр присадочной проволоки 2 и 3 мм является Сварочные работы 240 самым удобным. Ядро пламени нужно держать на 12— 15 мм сп расплава ванны, так как близкое расположение ядра оказывает механическое давление на расплав н отжимает его к краям ванны, особенно когда большое давление кислорода и горючая смесь выходит из мундштука с большой скоростью. Этим раздува- ! пнем ванны затрудняется качественная сварка. Основные параметры режима газовой сварки — это мощность пламени, вид пламени, марка и диаметр присадочной проволоки,, флюс, способ и техника сварки. Вил сварочного пламени и его тепловую мощность сварщик устанавливает практически на глаз. Присадочный материал для газовой сварки применяют в виде Прутков, проволоки, порошков. Стальная сварочная проволока поставляется по тому же ГОСТ, что и для электродов, алюминиевая проволока — по ГОСТ 7871-75, пругки чугунные для сварки и наплавки (различных марок) — по ГОСТ 2671-70. При сварке цветных металлов и чугуна лля удаления окисло* применяются легкоплавкие флюсы, которые вводят в смрочнукп ванну различными способами. Порошковые флюсы насыпают на горячий металл (основной и присадку) и он надежно прилипает и не раздувается пламенем. А наведенную пасту наносят на зону сварки кистью. Как уже указывалось, для газосварки часто используют бури борную кислоту, их смесь (пополам) или окислы и соли калия, лития, натрия идр. Бура при разложении в сварочной ванне активно взаимодействует с окислами, переводя их в шлак. Техника сварки Применяются два способа газовой сварки — правый и левый (рис. 84—87). При правом способе пламя постоянно направлено на шов. а при левом — наоборот, на стык, подлежащий сварке. СЭпЛ Рис. 85. Шов вертикальный Глава 4 Оборудование и технология газопламенной обработки металла Левый Рис. 86. Шов горизонтальный 241 Прэеыб Рис. 87. Шов потолочный Рис. 84. Шов в нижнем положении обеспечивается постоянный предварительный подогрев кромок, подлежа! лих сварке. Рекомендации по технике газосварки Режим сварки ацетиленом и пропан-бутаном близки, за исключением расхода газов, поэтому здесь привалятся режимы сварки пропано-кислородным пламенем, как менее известные (табл. 12). Сварочные работы 242 Таблица 12 Толщина свариваемого металла, мм Режимы сварки стали пропан-кислородным пламенем Предварительный зазор о стыке, мм 0.5—1 1.0—1.5 1—2 1.5—2,0 2.0—3.0 2—3 Угол скоса кромок Боа скоса «ромок То м» — Номер Диаметр сварочной наконеч ника л ро- по локи. мм горелки Расход л/ч Проланбутан Кислород А II *аОи 1.0—1.5 2 30—90 105—315 10-7 1.5—2,0 2.0—2.5 2—3 3-4 60—180 210-080 7—5 120—2/0 420—345 5—4 j Т а б л и ц а 13 Механические свойства сварочных швов стали ст. 3 в зависимости от сварочной проволоки (сварка пропаном) Механические свойства металла шва Сварочная Временное Предел текучести, Относительное проволока сопротивление, кг с/мм3 удлинение, % кге/мм3 С*М38ГС 42.4—44.5 43.9 28.3—32,2 30.4 11.6—12.9 12.05 Св-00 Г2С 36.fr—42.4 43,9 19.45-29.9 23.3 13.2—19.7 16 Механические свойства сварочных швов при сварке ацетиле ном сварочной проволокой СВ-08 примерно на 6-8% ниже, чем при J сварке проволокой СВ-08Г2С Это объясняется отсутствием лег рования шва присадкой. Сварщику следует помнить и метод ван. ешс одну особенность пламени горелки: у ацетилено-кислс родного пламени наивысшая температура на расстоянии примерь 3 мм от конца ядра, а у пропано-кислородного — примерно 12 мм | от конца ядра. Диаметр присадочной проволоки принимается равным полови» толщины свариваемого металла плюс I мм. Ацетилено-кислородное пламя по отношению к расплавлен*! му металлу является в основном защитной средой, затрудняющей fлава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 243 I . ( б л и ц а 14 Примерные нормы расхода материалов при сварке стыковых швов низкоугперодистои стали Масса наРасход материалов на 1 м шва Толщи Сварка плавленСварка пропанна природным газом ного ме- Присадочбутаном мм пока, кг пропан - кислород, пропан- бутан, м кисло- м бутан, м род. м3 0.5 Односторонние швы с отбортовкой кромок 0,012 0.014 0.008 0,022 0.015 0.030 1.0 0.028 0,029 0.013 0.044 0.038 0.057 1.5 0.040 0.051 0.023 0.021 0.071 0.107 1.0 0.028 0.029 0.013 0.044 С.038 0,057 1.5 0.049 0,051 0,023 0,081 0,071 0.107 2.0 0.070 0,074 0.034 0,119 0,105 1,158 2.5 0.084 0.068 0,044 0,148 0.128 0.194 3.0 0.098 0.103 0.051 0.178 0,152 0,230 Таблица 15 1 м шва. кг 3 1 Односторонние швы без скоса кромок Расход ацетилена и кислорода для сварки Номер наконечника 0 1 2 3 Толщина стали, мм Расход газов, л/ч Ацетилен Кислород 0.2—0.7 0.5—1.5 20—70 50—120 26—90 60—14С 1.0—2,5 2,5—4 130—200 220— 380 15S—240 260—450 доступ кислорода к сварочной ванне и замедляющей окисление металла. Техника нагрева и сварки осваивается хорошо, но сварщик должен выработать привычку умело манипулировать горелкой (ядром пламени) и прутком в поперечном и продольном направлении относительно шва, причем если ядро идет поперек в одну сторону, то пруток присадки — и другую (поперек). Это обеспечивает и равномерный прогрев ванны и лучшее формирование шва. Горизонтальные и потолочные швы выполняют правым слосоЯ бом — 244 Сварочные работы так удобнее формировать ванну и удерживать сте,каине металла из нее. При левом способе сварки металл сильно вытекает и» сварочном ванны. Правый способ сварки применяется довольно редко, так как ею преимущество есть только при сварке больших толщин (5 и Скит» мм), а при: малых толщинах правый способ, нс имея преимуше1 увеличивает опасность прожощ металла, и не применяется. Схема поперечных колебаний самая различная и определя самим снаршиком в зависимости от удобства и качества висши* вида шва. Газовая сварка наиболее приемлема для сваривания малых толщин, когда отсутствуют другие современные технические нозмо; ности в конкретных условиях К особенностям газовой сварки следует отнести почти искл читслы юо ииполпенне сварочных швов за один проход, так как jm второй проход в шве выгорает много углерода, что снижает мехами чсскис свойства. Прочность сварки и расходы см. в табл. 13—15. 1азовую сварку иногда используют при ремонте закрытых емкостей из-под горючих жидкостей. Если при этом нарушаются правила безопасности, то происходят аварии и несчастные случаи из за взрыва паров горючего. Тара из-под горючих материалов доджи быть очпшена от остатков продуктов и промыта горячей водой I каустической содой. Можно использовать способ заполнения ем сти выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания. Емк» сосудам рабочий объем цилиндров двигателя должны соизмеряться с учетом постоянного избыточного подпора газами иэнугри емкости Выхлопной газ по рукаву подается в емкость до полного запол ния и в процессе сварки подача нс прекращается. Все операции огнем около ремонтируемой емкости выполняют не ближе 3 м, пока не обезопасят см коси». 4.14. Кислородная резка Сущность кислородной резки металла это химический процесс сгорания металла н струе чистого кислорода с выделением большого количества тепла На сжигание I г железа расходуется 0,27 л кислорода, а на 1 см 1 железа — 2,15л. Количество тепла от сгорания железа при резке в 6—7 раз превышает количество тепла, даваемое подогревательным пламенем 1>езака. Для начала горения металла в кислороде нужно подофеть металл до 1100— 1300*G. Температура начала горения зависит от содержания углерода, и чем больше углерода в стали, тем выше должна быть температура подогрева. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 245 При содержании в стали углерода более 0,7% температура горения повышается настолько, что горение металла начинается при частичном расплавлении стали, а при более высоком содержании углерода — лишь при полном расплавлении, и, конечно, никакой газовая смесь (горючий газ) Рис. 88. Схема газовой резки 246 Сварочные работ резки в нормальном понимании нс происходит. Качественная рези стали возможна лишь тогда, когда металл горит в струе КИСЛОЕ (после его подогрева) в твердом состоянии. Процесс кислородной резки заключается в следующем (рис. 88):: смесь горючего !аза с кислородом выходит из мундштука резаку горит и образует подогревательное пламя. По осевому каналу рс> щего мундштука (в центре подогревательного пламени) подает нужный момент технически чистый кислород по отдельному, ак номному каналу. И подогретый металл начинает в этой к и ел ар ной (режущей) струе гореть, прогревая и нижние слои стали Гор ние быстро распр^^фаняется на всютолишну, прожигая сталь с вы ходом струн режущего кислорода наружу. После прожога идет ироцс медленного иеЕ>емсщсния резака вручную или механизмом с луж- ной скоростью — происходит процесс резки с выдуванием СТ| кислорода окислов, шлаков. Для нормального слушшин расилам из зоны реза скорость кислородной струн должны быть очень высокой (500—700 м/с — т. с. сверхзвук пая). Скорое! ь кислородной струи влняс и на скорость сжигания металла. Для лучшего обеспечения этого требования большое значение имеют конструктивная rfxjpMa и размеры канала прохода и выхо Л а режущего кислорода во внутренне11 (режущем) мунлипгукс. к сожалению, до сих пор решение этого вопроса далеко от совершенства, поэтому и сейчас примем ются два довольно простых выход режущего I способа изготовления отверстий для режущего кислорода т кислорода, ступенчатое и шшшд- рггческое Рис. 89. Фрагменты (рис. 89). внутренних мундштуков Струя режущего кислорода должна быть соосна (по центру) по* до!рсшггельному пламени. Дтя осуществления кислородной резки металла необходг чтобы выполнялись основные условия резки: I. Температура воспламенения металла в струе чистого кием рода должна быть ниже температуры его плавления, т. е. металл лолжен гореть в твердом состоянии. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 247 2. Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла, т. е. окисли не должны быть тугоплавкими, иначе они не будут выдуватьошз зоны роза. Окисли, шлаки должны быть жидкотскушими. Окисли алюминия (А1/),) имеют температуру плавления более 2000‘С, а сам же алюминий плавится при 657“С. поэтому он расплавляется, а окислы препятствуют горению cio в твердом состоянии. Окислы хрома имеют температуру более 2200ПС, никеля — около 2000 С, меди - 1200'С. Окисли эти тугоплавки и не жидкотекучи, поэтому удалить их из зоны реза затруднительно. 3. Металл не должен нметыгысокую теплопроводность, ибо она усиливает охлаждение зоны реза и затрудняет быстрый местный подогрев металла. Невозможности» кислородной резки меди происходит из-за высокой теплопроводности тугоплавких окислов и малой теплоты oi сгорания ее в кислороде Всем перечисленным выше условиям удовлетворяет лишь сталь с содержанием углерода до 0,6% и с ограничением содержания легирующих примесей. Псе другие металлы не удовлетворяют указанным выше условиям и не поддаются кислородной резке. Чугун не режется по причине низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения в струе чистого кислороде. Ешс одна причина — засорение струн кислорода графитом чугуна. Прежде чем вспыхнуть и гореть в кислороде, чугун сначала оплавится, а это уже не резка Практически не режутся високоуглеродистые СТАЛИ, высоколе- i протяжные хромоникелсвые и хромистые. Такие металлы разрезают другими способами термической резки Кислородную резку применяют для сталей толщиной от 3 до 300 мм, но имеются специальные кислородные резаки, которыми можно резйть сталь толщиной до 2 м. Обычными универсальными резаками режутся пали толщиной до 70—100 мм. Для тонколистовых заготовок применяют пакетную резку, когда стопка заготовок укладывается на стол, сжимается, затем вы- полиясгся резка. Эго позволяет уменьшить деформацию тонких листовых заголовок, а грет (шлак) после резки образуется только на одной нижнеи заготовке. Резка заготовок менее 3 мм возможна, но при этом ш перегрева появляется большое оплавление кромок и большая деформация. В процессе резки, чтобы нс образовался подпор газов» способный Сварочные работы 248 нарушить резку и чтобы шлак свободно вытекал из зоны реза, под заготовкой должно быть свободное пространство не менее 250 мм. Скорость резки (скорость реакции горения) металла зависит от давления кислорода в зоне реакции. При повышении давления кислорода (в разумных пределах);, режущей струи ускоряется окисление и лучше удаляются шлаки из зоны реза. Для кислородной резки необходим чистый кислород, чистотой нс менее 99%, иначе снижается скорость резки и сильно повышается расход кислорода. Уменьшение чистоты кислорода на 1% снижает скорость резки на 20%. При чистоте кислорода менее 92% процесс резки нарушается. Технический кислород выпускается двух сортов: первый — 99,7%, второй — 99,5. Основные режимы резки — это давление режущего кислорода и скорость резки. В качестве горючего газа при резке применяют чаще пропан- бутан, природный газ, иногда пары керосина. Для ускорения врезания на плоскости листа в зону моден репа вводят стальной пруток (лучше обрезь металла после ножниц), который начинает горсть и переносит теплоту от своего горения на поверхность врезания, чем очень ускоряет начало резки. Зазор и этом случае между плоскостью детали и мундштуком резака ранен 10—15 мм, а обычно — 6— 10 мм. Для ускорения врезания в толстом металле (не с края) делают либо засвсрловку, либо насечку зубилом — для образования острой кромки, которую быстрее можно подо-1 греть и поджечь кислородом. 4.15. Устройство газовых резаков Устройство, образующее подогревательное пламя и автономную (независимо от подогревающего пламени) подачу режущего кислорода в зону резки, называется кислородным резаком (рис. 90). Применяются резаки только инжекторного типа. Подогревательная часть резака устроена по принципу газосварочной горелки с аналогичным инжекторным устройством, а струя кислорода подводится по отдельному каналу и со своим вентилем. Для процесса резки подогревательное пламя обеспечивает лишь 15% необходимого количества теплоты, остальное необходимое тепло получается в результате хихшческой реакции сгорания стали в чистом кислороде. Чем быстрое горит газ, тем короче пламя, ло- гтму самое короткое пламя у ацетилена. При кислородной резке чем пламя длиннее, тем лучше для Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 249 подогрева кромок. Природный газ и пропан-бутан имеют хорошую длину пламени. Важными деталями резака являются наружный и внутренний мундштуки. Смесь газов выхолит через кольцевую щель между на- Рис. 90. Схема устройства кислородного резака 1 — рукоятка; 2,3 — ниппели ацетилена, кислорода, 4.5 — трубки ацетилена и кислорода. 6 — корпус с регулировочными вентилями: ацетиленовым 7 и кислородным 8. Наконечник включает с себя инжектор 9; смесительную камору 10; трубку горючей смеси 11; трубку режущего кислорода 15 с вентилем 16; головку резака 12 со шинными мундштуками наружным 14. внутренним 13 Сварочные работы 250 С кольцевой щелью для смеси газов Многосаппопый для швеи газов Рис. 91. Вид на торец мундштука ружмым и внутренним диаметром наружного мундштука. В после- I диее время применяются многосоплоиые (несколько каналов) мундштуки, в том числе и выполненные цельными из одною куска металла (рис. 9I). По центральному отверстию выход кислорода, по щелевому зал зору или периферийным малым отверстиям — выход смеси газон подогревательного пламени. В многосопловом мундштуке выход отверстий подогреватель® ною пламени нс параллельный, а (|юкусирустся и точке, примерки на 12 мм отстоящей от горца, и пламя от всех выходов направлен*» (сфокусировано) в одну зону. Это ускоряет процесс начала резки и саму резку. Диаметр отверстия для режущего кислорода обычно 1,2—2 мм, диаметр отверстий в многосопловом мундштуке 1—1,3 мм, в :mmi симосги от мощности пламени и количества отверстий. Ширина кольцевой щели = 0,3 мм — для природного газа и 0,8—0,9 мм дли пропан-бутана. В настоящее время существует более десятка различный комет -Я рукций кислородных резаков, но принципиальная основа их нет менна. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 251 Существуют вставные унивс|)сальныс резаки, которые ставятся вместо наконечника горелки и к рукоятке кренятся. На них выполнена кислородная трубка режу щего кислорода с вентилем, кроме всех остальных необходимых каналов для смеси газов. Марка такого резака РГС-70, которым можно (и удобно) пользовать при монтаже, где требуется периодически и газосварка и газовая резка С внутренним мундштуком Jsfc М можно выполнять резку стали от 3 до 30 мм, с № За — 3(1—70 мм, при этом наружный мундштук один и тот же — Ns I А. Eke резаки делятся на резаки малой, средней, большой мощности. Резаки малой мощности — для резки металла толщиной 3—100 мм, средней мощмости — до 200 мм, и большой — до 300 мм. Резаки большой мощности используют только газы-заменители, и они отличаются относительно большими проходными каналами для газов. Каждый резак имеет Определенный комплект сменных мундштуков номеров 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6. При необходимости мундштуки могут комплектоваться опорной тележкой (чтобы не держать резчику его консольно), циркульным устройством. Это ласт большое удобство в работе и повышает качество. На ручную кислородную резку нет требований стандартов по ючности и г. п. Технические данные резаков указываются в пас- портах к ним. Керосинорезы применяются для кислородной резки, когда отсутствует возможность использовать горючий газ. Они выпускаются в комплекте с бачком иол керосин, который работает по принципу садового опрыскивателя. Марка бачка — БГ-68. Для резки применяют керосин осветительный или смесь пополам с бензином. I lepea запивкой в бачок керосин фильтруют через мелкую сетку или через сукно. Керосинорезом пользуются при температуре не ниже минус 15*С, иначе керосин загустевает и затрудняет работу. Керосинорезом можно разрезать толщину до 200 мм. Бачок заполняют горючим на 3/4 емкости. В бачок залипается не более 5,5 п, затем воздушным ручным насосом поднимается давление до 3 кгс/см*. В процессе работы бачок периодически подкачивают насосом. 252 Строчные работы Рис. 92. Керосино-кислородный резак РК-71 1 — гайка крапления головки: 2— асбестовая набивка. 3 — гайка; 4 — кожух-экран зоны подогрева; 5 — жаропрочная трубкаиспаритель, 6 — инжекторная трубка, 7 — вентиль регулировки пламени Керосин из бачка по шлангу через вентиль и трубку # поступает в асбестовую набивку (оплетку) испарителя 5. Кислород через вентиль, проходя инжектор 6, поступает в головку резака. И головке кислород смешивается с парами керосина, образуя горю-1 чую смесь. Испаритель нагревается пламенем вспомогательного мундштука 9. Смесь выходит через кольцевой зазор наружу внут-1 ренним и наружным мундштуком, поджигается и образует подогря 1 нательное апамя, мощность которого регулируется вентилем и ма- | ховиком 7, который изменяет положение инжектора в смеситель*! ной камере, регулируя объем згой полости (вокруг инжектора) Режущий кислород проходит через вентиль // и по трубке /0 направляется в центральный канал внутреннего мундштука, соосно I подогревательному пламени. На резаке имеются (рис. 92) вентили для подачи кислорода и керосина. В настоящее время освоен выпуск новой конструкции кероси*! пореза марки КЖГ-15. Правила работы керосинорезом: 1. Давление в бачке должно быть ниже давления кислорода ~ iu 1 кгс/см’, чтобы керосин через инжектор нс попал в кисло ролный шланг. В противном случае это может моментально привести к обратному удару пламени в кислородный шланг м , его загоранию, разрыву. Гпава 4. Оборудооание и технология газопламенной обработки металла 253 Подобные неприятности часто бывают именно с керосинорезами при нсбрсжносной работе. Обратный улар идет вссгла в кислородный |"линг потому, что асбестовая шнуровая намотка на регулировочной трубке является естественным препятствием при отсутствии окислителя (кислорода). Для защиты шлангов от обратных уларов на кислородный штуцер керосинореза крепят накидной Рис, 93. гайкой предохранительный клапан ЛКО-2-74 (рис. Предохра 93), который является надежной защитой. Клапан этог нительны компактным и малогабаритным. К нему крепится й клапан кислородный шланг (рис. 94). ПКО-2-74 При перерывах в работе закрывают вентиль подачи керосина в испаритель, вентиль подогревающею кислорода, а керосинорез кладут головкой вниз; как и при розжиге, головка должна быть ниже. ■Эго предотвращает затекание остатков керосина в кислородный шланг через инжектор и исключает возможность обратного удара пламени при возобновлении розжига резака. 2. Закрыть вентили кислорода и керосина, огкрьпъ инжектор керосинореза, затем насосом на бачке поднять давление до 3 кгс/см 2. 3. Установить давление кислорода 4 к (больше, чем в бачке). 4. Разжечь резак, открыв сначала горючее, затем подогревающий кислород и зажечь пламя. После достаточного прогрева испарителя отрегулировать пламя. Стабильность пологрева- о керосинорез из кисло родного шланга Рис. 94. Клапан против обратных ударов для керосинореза. 1 — птшярпссокающоя шайбе; 2 — латунная сетка-теплологлотитель; 3 — обратный клапан Сварочные работы 254 ющего пламени проверяется кратковременным открытием режущего кислорода. 5. При прекращении работы керосинореза закрывают сначала вентиль режущего кислорода, затем — вентиль горючего, далее — вентиль пола1 решившего кислорода, после чего снимают*! давление в бачке спуеиым вентилем. При хлоггках и обратных ударах закрывают кислородный вентиль, вентиль баллона, затем — вентиль горючего. Л попом — вентиль режущего кислорода. Периодически необходимо делать ревизию резака, прочищать инжектор, а асбестовую оплетку либо менять, либо промывать н горячей ноле, а также проверить на плотность все соединения. Новую асбестовую оплетку нельзя делать слишком тугой: будет хуже испарение керосина, нельзя делать слишком слабой — керосин из головки будет поступать неислариишнмся Расход керосина — 0.6—0,8 кг/ч, кислорода — до 6 м3/ч, скорость резки — до 500 мм/мин. 4.16. Машинная кислородная резка Для повышения точности резки и качеезъа поверхностей дети- лей в зоне реза применяют различные специальные машины переносного типа и стационарные. Резак (или резаки) перемещается двух взаимно перпендикулярных направлениях плоскости с нужной равномерной скоростью при помощи специальных мехатм мов. Это повышает точность, чистоту и скорость резки По ГОСТу 5614-74 машины делятся на стационарные и переносные. Стационарные машины бывают портальные (балка на двух кл тучих опорах), консольные, когда имеется одна катучая опора, л над листом резки — только консоль с реза ковы ми суппортами, я шарнирные. По способу резки — кислородные (К), плазменно-дуговые (Пм) и другие. По способу управления (перемещения резака по линии реза) — на линейные (Л) (направляющая линейка), магнитные (М) — по стальному копиру для фигурной резки, фотокопировальные (Ф) по копир-чертежу для фигурной резки, числовые (цифровые) прелрлмм- нос управление или микро!ipoucccopHoe управление. Глава 4. Оборудование и технология газопламенной обработки металла 253 На несущей части машины имеется один или несколько суппортов, в которые крепится резаки, приводы перемещения узлов машины в системе двух координат (в плоскости), иногда — устройство автоматического поддержания расстояния между поверхностью разрезаемого листа и торном резака, пульт упраплешш и газовые коммуникации. Переносные машины — это самоходные тележки с двумя (чаще всего) резаками на суппорте, перемещающиеся от электропривода. Машину устанавливают на любой приемлемый копир-линейку или на циркульное устройство и вырезают детали с прямолинейным резом или но окружности со сравнительно большим радиусом. Основной йиструмснт машины — газовый резак. Он отличается от ручного тем, тго не имеет рукоятки, его крепят в специальный суппорт на машину. Машинные резаки, как правило, инжекторные, с -запорными вентилями. Управление резаками на стационар иых машинах — дистанционное, с пульта оператора. Мундштуки применяются цельные или разъемные. Машины имеют свою техническую сложность и для работы на них резчики- операторы проходят специальную подготовку не менее 1 месяца. Изготовление копир-чертежей (в масштабе I : 5 и I : 10) имеет также свою специфику, требующую специального обучения На механизированную кислородную резку листовой углеродистой стали толщиной 5—100 мм и механизированную плазменно- дуговую резку различных сталей и алюминия с толщиной листов 5—60 мм действует ГОСТ 14792-80, который устанавливает требования к качеству вырезаемых деталей поточности, перпендикулярности кромки реза к поверхности листа, шероховатости (чистоте обработки), а для плазменно-дуговой резки — сшс и требования к ширине зоны термического влияния. ГОСТ установлен и порядок условного обозначения всех перечисленных требований в технической документации. Сварочные работы и 9 Контрольные вопросы к главе 4 ____________________________ I /. Обмените различия между плазменной дугой и плазменной | струей. 2. Чем и дня чего заполняются ацетиленовые оаллоны: 3. Назовите наивысшую температуру пламени газовой горелки и я какой зоне она находится. 4. Как определить количество кислорода, ацетилена, углекислого ] газа в баллоне У 5. ДЛЯ чего нужен редуктор на баллоне ? 6. Почему газовая сварка имеет ограниченное применение ? Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ 5.1. Сварка в защитных газах 5.1.1. Газовая защита сварочной ванны Сущность способа сварки — использование какого-либо газа для зашиты сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха. В качестве защитных газов применяют аргон, углекислый газ и смеси этих газов, также азот. Широко применяется аргоно-дуговая сварка и сварка в СО, (рис. 95). Она позволяет получить сварные соединения высокого качества из высоколегированныхсталей, еггла- воп алюминия, магния, меди, титана. Азотно-дуговую сварку неплявяшимся (вольфрамовым) электродом применяют для сварки меди и се сплавов, гак как азот нс реагирует с медью при высокой температу ре и хорошо защищает от кислорода и паров пошл, находящихся н воздухе. Сварка в углекислом газе применяется для углеродистых и легированных сталей. Достоинства сварки в углекислом газе: высокая производительность, большой диапазон свариваемых толщин, ниже стоимость сварки, маневренность. В настоящее время этот вил сварки применяется практически но всех отраслях промышленности. Но сварка в СО, почти не используется на открытом воздухе, даже при сквозняках, так как нарушается газовая защита ванны. Сварка в СО, выполняется полуавтоматическим и автоматическим способом, плавящимся электродом. Сварочные работы 258 Рис. 95. Схема сварки в С02: 1 — электродная проволока; 2 — поток защитного газа (COJ; 3 — токоподводящий мундштук; 4 — сопло для потока газа, 5 — подающий механизм; А — выпет проволоки шюктродной Для сварки ответственных конструкций широко применяется сварка в смеси газов аргона и углекислого газа в соотношении 85% аргона и 15% С0 2. Качество этой сварки сталей очень высокое* а особенности протекания процесса рассмотрены выше. Питание дуги осуществляют источники постоянного тока с жесткой характеристикой. В последние годы применяются в основном сварные выпрямители серии ВДУ с универсальной внешней характеристикой, т. с. жесткой, либо кругопадающей простым переключением пакетника Сварка производится на обратной полярности, гак как при прямой полярности металл шва более пористый. Переменный ток не применяется из-за низкой устойчивости процесса горения душ, плохого формирования и тюхою качества шва. Напряжение на дуге при сварке в С02 должно быть не более 30 В. так как с увеличением напряжения и длины душ увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно напряжение дуги — 22— 28 В, скорость сварки — 20+80 м/ч, расход 2S9 Глава 5. Технология дуговой сварки газа 7—20 д/мин. Для сварки применяется сварочная проволока СВ-08Г2С, которая содержит элсменты-раскислителя: марганец и кремний, которые восполняют выгорание их в сварочной ванне, предотвращают дополнительное окисление от С02 и образование пор. Диаметры сварочной проволоки для полуавтоматической сварки: 0,8; 1,0; 1,2; 1.6; 2,0 мм. Для автоматической сварки применяют иногда проволоку лпамстром 3 мм. Сварка в СО, с проволокой даст провар более глубокий, чем лектроды, поэтому при переходе с ручной сварки оправданным считается уменьшение катетоп примерно ни 10%. Это объясняется повышенной плотностью тока на 1 мм2 электродной проволоки. Основные элементы режима сварки н СО, следующие: диаметр сварочной проволоки, величина тока, скорость подачи проволоки, напряжение на дуге, расход газа защитного, вылет электрода (табл. 16). Таблица 16 Типовые параметры режима сварки в СО, Диаметр прополоки, м Сварочный ток, А Скорость Напряжеподачи ние на проволоки Дуто, В м/ч Расход Вылет газа, проволоки, л/мин мм 0.8 50—110 уствнав- 18—20 5—7 6—12 1.0 70—150 пивеется 19—21 7—9 7—13 1.2 1.6 90—230 150—300 подбором под режим 21—25 23—28 12—15 12—17 8—15 13—20 5.1.2. Механизмы подачи сварочной проволоки Для подачи сварочной проволоки в зону сварки применяют механизмы (редукторы) в комплекте со специальными шланговыми держателями, по спиральным направляющим каналам которых подается проволока в зону сварки. Такой комплект оборудования называется подающим механизмом, а в комплекте с источником питания сварочной дуги — сварочным полуавтоматом (рис. 98), сварка же называется полуавто- Сварочные работы 260 матичсской, Так как механизирует одно из двух главных движе- ] ний ручной дуговом сварки — подачу электрода (проволоки) в зону ] шва, но перемещение шлангового держателя вдоль (для образовали пия шва) выполняется сварщиком вручную. Подача проволоки с катушки выполняется механизмом подачи типа МПО-42-2(-3); МПК-2А; МПЗ-4А, где МПО — с открытой кассетой, МПК - с встроенной кассетой для проволоки, МПЗ — с закрытой кассетой. Механизм имеет электродвигатель, силовой редуктор, одну или две пары роликов — прижимных и подающих. Проволока подастся равномерно с заданной скоростью по спиральному каналу г ибкого шлангового держателя. Шланговый дер- I жатель является одной из важных частей полуавтомата. Внутри него помещена плотно навитая спираль из углеродистой проволоки, по которой проходит сварочная проволока. Эта спирать снаружи имеет тканево-резиновую защиту (заливку) и сохраняет свою гибкость в определенных пределах. Отдельно, но рядом со спиралью проходит токопроводящий провод сварочного тока. Иногда спираль и провод токопровеша совмещены в одной оболочке и очень успешно используются в работе, как это выполнено в проводе КШПЭ или а ! проводе КПЭС-3 х 2, 5 х 75. Провода для управления сварочным полуавтоматом от кнопки (на горелке держателя) проходят вместе с проводом сварочного тока Полуавтоматы бывают передвижные и переносные, т с. либо на тс- ' лежке, подающей механизм, либо в виде чемоданчика иди ранце- ] ими (заплечный). При прохождении (проталкивании) проволоки по направляю?* щей стальной спирали появляется сопротивление иногда очень боль- J шое, и происходит пробуксовка подающих роликов. Для снижении 1 сопротивления спирали рекомендуется смазка внутри нее дисумЯ I фидом молибдена. Сварочную проволоку с низкой упругостью, мягкую, например алюминиевую, не удается подавать по спирали толкающим способом, гак как она сминается, поэтому выттускасшИ две разновидности подающих механизмов по принципу действии — толкающего и тянущего типа (рис. 96, 97). Скорость подачи проволоки можно определить по формуле: vF __ YCI> * 4,1111 падпр f * • X'l. ГДС ^-скорость подачи проволоки; v и — скорость сварки; Гит — площадь Глава 5. Технология дуговой сварки 261 сечения шва; — площадь электродной проволоки. В этом типе полуавтоматов длина шланга не превышает I м. При большей длине шланга требуется увеличение мощности привода, что утяжелит горелку. Европейское условное обозначение горелок шланговых держателей — МИГ/МЛГ, или ТИГ означает сварка металлическим электродом или тугоплавким электродом в инертном или активном газе. В настоящее время выпускается более 12 разновидностей сварочных полуавтоматов с различными техническими данными, под разные диаметры и марки проволоки, R комплекте со сварочными выпрямителями с жесткими или универсальными характеристиками. Перечень их марок приведен в приложении. Для сварки в смесях газа аргон + углекислый газ применяется универсальный газовый смеситель У ГС-1 производства Барнаульского аппаратурно-механическою завода, который обеспечивает, любой вариант соотношения газов. Для сварки смесь газов аргон + 1Х% СО, является наиболее универсальной, но часто используется смесь аргон +12—16% СОг Необходимо помнить, что при добавлении к аргону более 26% углекислого газа процесс сварки протекает практически как в одном углекислом газе, уграчивая описанные выше достоинства. При нормальной смеси очень хорошо формируется шов, присутствие СО, повышает глубину провара, разбрызгивание металла заметно уменьшается, а брызги очень мелкие, процесс горения дуги мягкий. Смеси газов СО, + О, себя не оправдали и в производстве не применяются. Смеси успешно применяют для сварки ответственных конструкций (например, грузоподъемных устройств) из легированных сталей типа ЗОХГСЛ, 12ГН2МФЛЮ, 14ХГН2МДАФБ, 10ХСНД, 15ХСНД, ЗОХГТ, 18ХГТ и подобные. При этом применяется сварочная проволока марок СВ-07ХНЗМД, СВ-08ХН2ГМТЛ и подобные. Не следует увлекаться большими диаметрами сварочной проволоки. Лучшие результаты по качеству даст многослойная сварка 262 Рис. 96. Шланговый полуавтомат толкающего типа: 1— катушка с лровогюкой; 2 — механизм подающий, 3 — гибкий шланг: 4 — держатель горелки; 5 — наконечник с соплом газовым; 6. 7 — прижимной и ввдующий ролик. 8 — проволока Длина шланга до 3,5 м Сварочные работы Рис. 97. Шланговый полуавтомат тянущего типа: 1 — катушка с проволокой, 2 — шланг, 3 — держатель горелки. 4 — подающие ролики. М — электродвигатель механизма лроптгиванил гонкой проволокой, шов при этом нормализуется, меньше столбчи~ тых кристаллов. Например, сварка грузовых стрел подъемного крен* на грузоподъемностью до 1001 выполняется проволокой диамс 1,2 мм на токах 220—240 А в смеси аргон + 15% СО, при толщинах металла 6—12 мм в 3—4 слоя. Плотность тока должна быт», не ниже 85 А/мм 3. Следует обращать внимание на истечение защитного газа, ко торос должно быть без завихрений, турбулентности, так как при гаком истечении может подсасываться воздух. Иногда для сварки применяют омедненную проволоку, но еле* дуст помнить два заметных се недостатка- наблюдается омеднениг подающих роликов, у которых имеется насечка (треугольные шли* цы) и спирали внутри направляющего канала, спираль забит и шланг выходит из строя, поскольку спираль прочистить npatifjH чсскн трудно; стоимость омедненной проволоки и 2,5 раза дороже обычной сварочной проволоки такого же диаметра. И если учесть, что за последние годы заметно повысилось качество сварочной! П|*> Глава 5. Технология дуговой сварки 263 волоки обычной (не омедненной), то смысл о применении омедненной теряется. Вопросы очистки проволоки из бухт несложны и решаемы на любом производстве. Когда обычная проволока поставляется намотанной в специальных кассетах (их можно сразу устанавливать на полуавтомат), так как она чистая, защищена от коррозии, очистки и перемотки не требует. Представительной комиссией ученых протоколом было разрешено приме нят ь проволоку сварочную диаметра 1,2 мм для любых конструкций вместо электродов типа Э50А, а проволоку диаметром 2 мм — для ответственных конструкций с толщиной листа до 24 мм также вместо электродов Э50А. Средний расход углекислого газа в России — около 1,6 кг на I кг проволоки, п Германии, Швеции этот показатель ниже — до 0.9 кг на I кг проволоки. Это характеризует отношение к аппаратуре, культуру производства и аккуратность в работе. Еще одни важная технологическая особенность: на подогретых деталях сварка в углекислом газе (и в смесях) хуже, так как конвективные тепловые потоки нарушают истечение защитной среды (газовой защиты), появляется подсос воздуха а дугу, следовательно, поры и ухудшение механических свойств. На основные типы и конструктивные элементы сварочных соединении при сварке в yi- лскислом газе действует ГОСТ 14771-76. В качестве источников Рис. 98. Сварочные полуавтоматы Сварочные работы 264 питания сварочной дуги в основном применяются выпрямители типа ВДУ с универсальной (жесткой и подающей) характеристикой, а также другие типы сварочных источников питания с жесткой характеристикой. Сваркой в углекислом газе, а также и в смеси аргона с СО, можно выполнять сварку многих марок высокопрочной и теплоустойчивых сталей, например, 20ХГСА, I8XMA, I2XM, 15ХМА, 20ХМ. Высоколегированные аустенитные хромоникслисвые нержавеющие стали (жаропрочные, жаростойкие, кислотостойкие) успешно сваривают в углекислом газе и смесях, но при этом сварочную проволоку нужно брать близкую по химсоставу или такую же, например, стали класса 18-8 типа 12XI8H9T сваривают проволокой СВ-06Х19Н9Т или СВ07Х18Н9ТЮ и т. д. 5.1.3. Порошковая сварочная проволока Один из прогрессивных сварочных процессов луговой сварки J является сварка порошковой проволокой, имеющей в своем трубчатом стержне все необходимые компоненты наполнителя, аналогичные электродной обмазке, и сварка порошковой проволокой с дополнительной защитой струей углекислого газа. Сварка порошковой проволокой в среде СО, характериз большой глубиной проплавления и меньшим разбрызгиванием, мягкостью горения дуги. Металл шва имеет более высокие показатели пластичности и ВЯЗКОСТИ, чем металл, наплавленный проволокой Св-08Г2С. Конструкции меньше деформируются. Этим способом можно сваривать стали широкой номенклатуры. Для подачи порошковой проволоки в гибкий шланг применяют, как правило, подающие механизмы с двумя парами роликов. чтобы нс допускать се смятие (сплющивание) перед направляющей спиралью. Но имеется многолетний опыт по подаче порошковой проволоки, например, ПП-АН8 диаметром 2,2 мм через стандартный шланговый держатель с внутренним диаметром спирали 2,5 мм одной парой роликов. Самозашитная проволока обычно выпускается диаметром 3.2 мм и меньше, порошковая проволока с дополнительной защитой при Глава 5. Технология дуговой сварки 265 сварке углекислым газом имеет диаметр 2,2 мм и менее. Сложное сечение проволоки (см. рис. 99) придаст ей жесткость при прижиме 1ЧХГ1ИКНМИ и обеспечивает расплавление шихты одновременно с обо- Рис.99. Формы поперечных сечений порошковой проволоки «°1 iI Рис. 100. Схема сварки самоэащитными порошковыми проволоками: 1—оболочка; 2 — наполнитель (шихта); 3— шпак: 4 — сварочная ванна: 5 — область газовой защиты Рис. 101. Схема сварки порошковой проволокой в среде углекислого газа: 1 — порошковая проволока; 2 — сварочная ванна; 3 — наплавленный металл, 4 — шлаковая корка. 5 — жидкий шлак 266 Сварочные работ ломкой (рис. 100). В настоящее время выпускается несколько марок порошковой проволоки различного назначения, но особо спс дует отметить удачные марки проволоки ПП-АН8, МП-А И10, которые более 20 лет лосих пор успешно применяются в произволе для сварки сталей повышенной прочности в среде углекислою газа (рис. 101). Ведущим производителем порошковых проволок в России яи лястся Череповецкий сталепрокатный завод. Основные режимы сварки проволокой Г1П-АН8 диаметром 2,2 мм следующие: • сварочный ток 160—450 А; • напряжение на луге 22—35 В; • скорость гюлачи электродной проволоки 142—500 м/ч; • расход СО} — 6—16 л/мин. Как показывает производственный опыт, сваркой в углскислс газе сварщики овладевают быстро, гак как сварка мри нижнем положении швов особенно удобна. В тех же условиях сваркой эле* ми варить значительно сложнее. Сварка порошковой проволокой осваивается гакже свободно. Оборудование для сварки порошковой проволокой почти всегда такое же, какое применяется для сварки сплошной проволокой в углекислом газе. 5.2. Сварка под флюсом Впервые этот способ предложил и осуществил в конце XIX в Н.Г Славя НОВ. В качестве флюса он применял дробленое оконное стекло. Способ автоматической сварки пол флюсом предложил Д.А. Дульчсвский н 1929 г. Создание промышленного способа автосварки под флюсом и его внедрение связано с именем академика EG. Патоь который внес большой вклад в разработку его технологии, оборуд ванн я и материалов. Сварка пол флюсом — это дуговая сварка с использование плавящегося электрода и введением в зону дуги гранулированной« Глава 5. Технология дуговой сварки 267 (дернистого) флюса, слой которого полностью 'закрывает лугу и, частично расплавляясь, создаст «округ нее подвижную защитную оболочку, перемещающуюся вместе с дугой. Сварочная ванна полностью защищена от действия кислорода и азот ноздуха. Сварочный ток п 3—5 раз больше, чем при, ручной сварке электродами. Производительность сварочных работ возрастает в 6—10 раз. Автоматическая сварка выполняется при помощи специальных аппаратов, которые осуществляют подачу сварочной проволоки в сварочную ванну и перемещение проволоки вдоль сварочного стыка (рис. 102). Эти аппараты имеют устройство для полами и уборки флюса, называемое флюсоаппарат. Бункер для подачи флюса находится на механизме (тележке) перемещения вдоль шва и расположен впереди электродной проволоки. Эти мехаштзмы (тележки) называются сварочными автоматами, сварочными тракторами или сварочными головками, когда они подвес юле, на направляющем рельсе. направление 5 глубина провара 8 Рис. 102. Схема электроду говей сварки под флюсом: 1 — электродная проволока; 2— флюсовый пузырь; 3 — слой шлака; 4 — жидкий металл; 5 — флюс; 6 — сварной шов; 7 — оаювной металл; 8 — электродный металл 268 Сварочные работы В процессе сварки расплавленная и затвердевшая часть флюс** (шлак) образуют на шве толстую шлаковую корку Флюс насыпа»! стся слоем толщиной 50—60 мм, дуга утоплена в массе флюса и горит в жилкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами от дуги. Флюс позволяет устранить нежелательные механические воздействия дуги на ванну жидкого 1 металла, разбрызгивание его и нарушение формирования шва даже I при очень больших токах, так как флюсом создается стат ическое давление на жидкий металл до 8 г/см2, что дает возможность увели- I чить сварочный ток в три раза но сравнению со сваркой открытой дугой, а это повышает производительность сварки и качество. Зона термического влияния и величина погонной энергии при автоматической сварке под флюсом примерно в два раза меньше, I чем при ручной сварке, в результате значительно возрас тает качс- I стно сварочных соединений. Заключение дуги в сварочный пузырь со стенками из жидкого флюса практически сводит кминимуму потери металла на угар и разбрызгивание, которые составляют 1 —7% от веса расплавлснно-. J го здектролтюго металла. Сварочные типы получаются равномер- Я иыми и очень высокого качества. Недостатки сварки под флюсом следующие: • невидимость места сварки изделия, требующего точной сборки;» • возможность сварки только в нижнем положении; • отсутствие мобильности для сварки швов малой протяженности, неприменимость вне цеховых условий; • большой расход и относительно высокая стоимость флюса; • неэффективность при сварке коротких швов (менее 400 мм) i Ароматическая сварка под флюсом применяется для изготоь ления металлоконструкций ответственного назначения, с большой протяженностью, парных швов, прямолинейных и криволинейных! и с большой точностью сборки пол сварку Она успешно примени»! ется при сварке железнодорожных цистерн, при производстве труб I диаметром более 300 мм, при изготовлении пропановых баллонойН где стенка толщиной 3 мм, а также в конструкциях с большой тол шиной металла. Ее выгодно применять при крупносерийном произЛ водстве однотипных деталей. Глава 5. Технология дуговой сварки 26S Рис. 103. Двухдуговой автомат А-1412 для одновременной сварки двух швов: 1 — сварочные головки; 2— сварные швы без шпака; 3 — шпак на шве; 4 — корыто с флюсом Сварка под флюсом широко применяется (и просто незаменима) п судостроении. Промышленностью выпускается различное сварочное оборудование дтя сварки под флюсом, например, трактор сварочный TC-I7P, сварочный автомат тракторного типа ЛДС-1000, подвесные сварочные головки одноэлектродные типа АБС, а также двухалсктродные типа А-1412 (рис. 103) — для одновременной сварки двух одинаковых параллельных швов. Применяется электродная проволока диаметром 2, 3, 4, 5 мм. При сварке проволокой диаметром 4 мм под флюсом сварочный юк — 500—800 А (при плотности тока 38—60 А/ммг), а при ручной сварке электродами диаметром 4 мм сварочный ток 150—220 А (при плотности тока 12—17 А/мм?). Указанное соотношение объясняет повышенную производители ность 270 Сварочные работы сварки под флюсом С начала 60-х годов не применяется, поэтому здесь нс рассмдД рнвастся. С внедрением более маневренного, мобильного, надежного способа сварки сталей в защитных газах полуавтоматическая сварка под флюсом стала невыгодной 5.3. Электрошлаковая сварка (ЭШС) Этот способ был разработан для сварки под флюсом вертикал|. ных стыков из металлов большой толщины, т. с. для тех случаен, когда другие способы сварки экономически невыгодны и технически (с учетом качества) неприемлемы. Диапазоны свариваемых толщин ЭШС — от 14 до 500 мм и более. Способ ЭШС разработан в начале 50-х годов прошлого века. Сущность способа — сварка вергикальных стыков швов с принудительным формированием расплавляемого металла в зоне ванны при помощи медных волоохлаждаемых ползунов. При сварке используются флюсы, которые расплавляясь, образуют шлаковуяЙ ванну толщиной 40 ^60 мм. Ванна позволяет полностью защитить расплавленный металл оЯ вредного влияния воздуха, а через флюс обеспечить легирование металла. Электрошлаковая сварка производится нафевом металла теп лом расплавленного шлака, разогреваемого проходяипгм через шла» электрическим током. Сварка осуществляется с помощью спаш* альных устройств — аппаратов. Эти устройсгва подают в зону вам • ны электрод (проволоку или легпу) и поддерживают устойчивым элекгрошлаковый процесс, в котором электрическая дуга отсу IUIM ет, а имеется только жидкая ванна расплавленного флюса (шлакл) и под ней — расплавленный металл ванны. Глава 5. Технология дуговой сварки 271 Наличие ползу мои — подвижных водоохлаждасмых устройств для принудительного (]юрмирования шва, позволяет удерживать рас- iuiau ванны в зоне сварки. Аппараты имеют механизм перемещения, позволяющий перемешать их (равномерным движением) вдоль вертикального шва вверх. Различают рельсовые и безрельсовые аппараты для электрошлаковои сварки. Рельсовые требуют для своего перемещения специальных направляющих, параллельных шву. Безрельсовые аппараты имеют специальные устройства для непосредственного сцепления с изделием. В пространстве (рис. 104), образованном Рис. 104. Схема кромками свариваемого изделия / и формирующими электро приспособлениями (ползунами) 2. создастся ванна шлаковой расплавленного ишака 3, в которую погружается сварки электрод 4. Проходящий между электродом и основным металлом сварочный ток 700—3000 Л (напряженно ванны 3—50 В) разогревает шлак. Для начала наведения процесса (затравки) применяют электропроводной флюс. Процесс начинают на технологической пластине, закрепленной (сваркой)к свариваемым кромкам (рис. 105). Вместе с электродным флюсом засыпают металлическую стружку. Электродный митериал опошляется и жидком шлаке (как сосулька в Iсилой воде), температура которого ло 2000‘С. При этом расплавлялся и кромки изделия, образуя сварочную ванну 5У а затем шов 6. Качество сварки исключительно высокое, так как металл шва полностью Ющншен от вредных воздействий поэду- ха, а также имеются неограниченные возможности легирования ванны и вообще получать металл заданного состава. ^ис*105- ЦИПИ”ЛР . 1 обечайка; 2 пластина Иысота ванны шлаковою расплава (глу- технологическая пика до зеркала ванны) — 40—60 мм. з — выаодные приставки ____ — — 272 Сварочные работ Скорость сварки — 0,35 — 8,0 м/ч. Аппараты бывают одно- и многсн элсктродныс. В качестве источника инталия применяется трехфазный транс- форматор типа TUIC с жесткой внешней характеристикой. В последние годы разработано около 20 различных типов аппаратов для элсктрошлаковой сварки, например, аппарат А-Х20М (рис. 106) состоит из сварочной головки подающего механизма .5, шкафа управления и катушек для сварочной проволоки. Го полка перемешается по стандартному уголку 7(45 х 45 х 5), установленному на свариваемое изделие. Аппарат снабжен гибким шлангом дли сварочной проволоки 4, бункером для флюса .1, шлангом для флюсо» Рис. 106. Аппарат А-620М подачи б, водоохлаждасмыми медными ползунами 2, шлангами для охлаждающей воды 1. Техническая характеристика: Глава 5. Технология дуговой сварки 273 • сварочный ток, при Г1В - 100%, 700 Л; • диаметр сварочной проволоки 2,5—3 мм; • скорость перемещения сварочной головки, 4—12 м/ч. Аппарат А-820М предназначен для элсктрошлаковой сварки вертикальных швов металла толщиной от 18 до 50 мм и электроду- говой сварки под флюсом с принудительным формированием металла толщиной от 14 до 20 мм. Возможна также электрошлаковая свар- ка швов, расположенных наклонно (нс более 45’ к вертикали) при толщине металла до 35 мм. 5.4. Аргоно-дуговая сварка стали Дуговая сварка в защитной аргоновой среде позволяет подучить высокое качество швов, особо при сварке высоколегированных сталей малых толщин 1—3 мм. Аргон не вступает в химическое взаимодействие с расплавленным металлом и надежно защищает ванну от действия атмосферного воздуха. Толщины свариваемых сталей — 1—3 мм. При сварке поперечные движения нс делают, чтобы металл не окислялся. Сталь толщиной до I мм свариваю! на прямой полярности, а при толщине до 3 мм — на обратной полярности (+ на электроде). Сварные соединения, как и при газовой сварке, в основном стыковые, с отбортовкой, угловые (табл. 17). Толщины стали более 3 мм в аргоне, как правило, нс сваривают из-за экономической нецелесообразности. При сварке используется нсплавяшийся вольфрамовый электрод. При необходимости обратную сторону шва защищают поддувом аргона. Сварочные работы 274 Таблица 17 Режимы сварки нержавеющих сталей в аргоне Толщина металла, мм Вид соединения 1.0 1 - ЧВГ~1 =*= 1,0 1,2 2,0 ( ---------------- без присадки 1.6 без присадки тоже 1.0 без присадки 1.0 тоже 1 , Скорость Диаметр Сварочприсадоч- ный ток. А сварки, м/ч ной проволоки, мм Расход аргона, п/мин 50—120 20—80 3—5 50—140 20-80 3—5 ! 55—140 25—30 3—4 100—160 23-28 5-6 60—70 28—32 3—4 80—150 20-40 3—5 9 Контрольные вопросы к главе 5 • ------------------------------------------------------------------------------— 1. Перечислите достоинства и недостатки сварки под флюсом. I 2. Для чего к аргону добавляют 15—17% СО,, при использовании газовых смесей при сварке? 3. В чем отличия ручной, полуавтоматической и автомашиной•, кой сварки? 4. Назовите уаювия, необходимые для осуществленияы кислород* ной резки металла. 5. Назовите основные и дополнитслы1ые режимы сварки. Глава 6. НАЗНАЧЕНИЕ И СПОСОБЫ НАПЛАВКИ 6.1. Сведения о наплавке По своей технической важности наплаика занимает особое место в промышленности, так как наплавка позволяет значительно повысить надежность узлов и деталей со специальными свойствами. Наплавка — это процесс нанесения на поверхность детали слоя нужной толщины и нужный свойств, отличающихся огг свойств детали. Наплавленный слой может обладать, например, повышенной износостойкостью, антикоррозийностью, антифрикционностью. Область применения наплавки: различные прокатные валки сталепрокатных станов, перед запуском в эксплуатацию наплавляются новым слоем (проволокой 3X2В8); уплотнительные поверхности задвижек пара и воды наплавляются новыми хромониксле- пым сплавом; поршни и штоки гидравлики горных машин наплавляются в процессе изготовления бронзовой (антифрикционной) проволокой Бр. КМЦ-3-l; крестовины железнодорожный путей; «шорные ролики рольгангов, тележек, тракторов и экскаваторов (гусеничных); колеса мостовых кранов (рис. 109), штампы вырубные; выхлопные клапаны автомобильных двигателей (слоем Х20Н80Т — нихром); ножи плужных лемехов; детали экскаваторов и землесосов; засыпные аппарата доменных печей; режущий инструмент и т д. Сварочные работы 276 — - jm Перечисленная номенклатура показывает важность наплавоч^З ных процессов. Тверлосплавная наплавка имеет свойство поддаваться термообрД ботке («том числе отжигу) посте наплавки для выполнения необхопЛ мой последующей механической обработки резанием и закалки, а также непсишкицаяся термообработке после наплавки. Обработку такош наплавки при надобности выполняют только абразивным инструЯ ментом. Наплавка отличается от сварки малой глубиной проплавления основного металла. Это уменьшает внутренние напряжения, трещины и обеспечивает более чистым стой по сравнению с первоначаяд ным химсоставом. 6.2. Материалы для электродуговой наплавки Для целей наплавки выпускаются различные наплавочные материалы, например, порошки, проволока сплошною сечения и л«м рошкопая, электродная лента из спеченного порошка, электрода Ч В настоящее время выпускается более 20 марок наплавочный электродов различного назначения. На этикетках к пачкам электродов дастся четкая характеристика о назначенный и применении электродов. Например, электроды марки ЭН-60М применяются для наплавки режущих кромок различных штампов холодной штвмтйИ ки. После наплавки летали проходят отжиг, затем все виды необходимой механической обработки и после готовности производят их закалку. Для наплавки молотовых и высадочных штампов применяются электроды ОЗШ-1, которые предназначены также и для сварю» и относятся к типу Э100. Состав наплавляемого металла — 1бГ2ХМД Электроды ОЗШ-6 применяют дтя наплавки бойков радиально-ковочных машин. Для подобных же целей применяются электроды наплавочные марки ОЗШ-8, 03111-3. Для наплавки деталей железнодорожный рельсов примени ни1 электроды марки ОЗН-7М (для сталей ! 10Г13). Глава 6. Назначение и способы наплавки 277 Для наплавки металлорежущего инструмента (взамен сталей марок Р18 и Р6М5), а также штампов горячей штамповки до 800*С применяются электроды ОЗИ-5. Для упрочнения рабочею слоя детали при абразивном износе (например, детали лопаты бульдозера и лр.) применяют электроды марки Т-590, порошковую проволоку Г1Г1-АН170, как лучшие при таком характере износа деталей. Одним из главных поставщиков электродов специального назначения (нержавеющих, наплавочных), а сейчас и электродов общего назначения в России является Московское АО «СпсцЭлскт- род*. Нередко для полуавтоматической наплавки применяют порошковую проволоку со специальной шихтой, например проволока марки ПГ1-АН170, тип ее ПП-Нп-80Х20РЗТ-Н-С-3,2. Твердость наплавляемого слоя HRC 59-68 (почти как у напильника). Подчеркнутые буквы расшифровываются как: • Н — нахлесточная трубка в сечении проволоки с порошковым наполнителем. Оболочка проволоки Q это тонкая (до 0,03 мм) стальная лента; • С — самозащитная проволока; не нужно пац флюса; • 3,2 — диаметр проволоки и мм. Для наплавки применяют различные твердосплавные порошки — это в основном для деталей, испытывающих трение по металлу, абразиву Марок порошков больше двух десятков, но чаще применяют боридную порошковую смесь марки БХ (50% боридов хрома, 50% железного порошка), дающая твердость до 70 HRC, а также карбидо-боридную порошковую смесь КБХ, ФБХ (бориды и карбиды хрома — по 5%, ({кгррохрома — 60%. железный порошок — 30%), и порошок ПГ-СРЗ. Порошковые материалы наплавляют либо угольным электродом, либо плазменной дугой, либо с использованием ТВЧ. I (апланку газокислородным пламенем применяют редко; для это- ю способа используют специальные газовые горелки ГАЛ-2-69. 6.3. Материалы для механизированной наплавки 11ри значительных объемах наплавки, а также при высоких TJICбованиях к качеству применяют автоматическую и полуавтоматы^ ческую наплавку с применением порошковой твердосплавной наплавочной проволоки или порошковой ленты для твердосплавной наплавки. Порошковая лепта, позволяет получать широкий, тонкий и равномерный 278 Сварочные работы слой. Спеченная лента на железной основе изготовляется метолом порошковой металлургии шириной 30—60 мм, толщиной 0.8—1,2 мм с необходимым составом компонентов, например, лента ЛС-5Х4ВЗФС по ГОСТ 22366-77 имеет следующий химический состав: углерод — 0,6%, хром — 4,0%, ванадий — 3,0%, вольфрам — 0,5%. кремний — 0,8 %, марганец — 0,6 %. Наплавка лентой производится на постоя ином токе .обратной полярности, при плотности тока на электроде (ленте) 10—20 Л/мм* — это меньше, чем при сварке. Напряжение на дуге 28—32 В. Для лети шириной 30 мм оптимальный ток наплавки — 300—600 А, вылет элекггоОДИ — 20—40 мм. Для наплавки применяютфторидные флюсы АНФ-5,48-ОФ-6, 48-ОФ-Ю. Для наплавки углеродистых сталей применяют флюсы А11-348А; ОСЦ-45 и другие. 6.4. Вибродуговая наплавка Внбродуговая наплавка — это наплавка, при которой прерывисто горяшая дуга позволяет применять минимальный сварочный ток, л значит; и минимальный нагрев почти на всю глубину, сохранить химический состав и свойства наплавляемого материала. Например, при вибродушвоЙ наплавке бронзовой проволокой Бр. КМЦ-3-1 диаметром 1,8 мм на стальной поршень гндроинлиндров горных машин проникновение железа в бронзу происходит на глубину до 0,3 мм при толщине наплавленного слоя 3,5—4 мм, и полностью сохраняют^ свойства наплавки, соответствующие бронзе. Бронза обеспечивай антифрикционные свойства рабочего слоя наплавки. Вибродуговая наплавка применяется для наплавки изношенных шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, а также для других работ. Вибрация позволяет стабилизировать трение дуги. На Копейском машзааоде совместно с Челябинским политехническим институтом внедрена и успешно работает установка виб- родуговой наплавки бронзовой проволокой на стальную основу (поршни, штоки пшроишшндров) вместо ручной газопламенной наплавки латунью, ЛЖМц-59-1 -1 (рис. 107) Произвцамтсльностьтруда возросла в 4 раза как за счет процесса наплавки, гак и за счет уменьшения и упрощения технологических операций по механической обработке. Глава 6. Назначение и способы наплавки 279 Наплавка выполняется в среде азота вибродуго вой головкой собственного изготовления, установленной на токарный станок (рис. 108). В вибродутопой головке применена механическая (а нс традиционно электромагнитная) вибрация, позволяющая регулировать частоту вибрации и размах электродной проволоки при этом. Рис. 107. Общий вид установки дня вибродуговой наплавки бронзовой проволокой на сталь 280 Сварочные работы Рис. 108. Вибродуговая голоока 1 — горелка наплавочная. 2 — проволока наплавочная; 3—механизм механической вибрации электрода. 4 — электродвигатель механизма вибрации; . 1 5—узел наклона и вертикального перемещения головки наплавочной. 6 — суппорт токарного станка; 7— токарный станок; 8— электрода шпм гпель привода подачи наплавочной проволоки; 9 — подвод защитного газа (азота); 10— корпус пнсемоципиндра зажилю наппавпяемой заготовки 1 Гпава 6. Назначение и способы наплавки Рис. 109. Установка А-384МК для автоматической наплавки крановых колес при ремонте проволокой марки ЗОХГСА под слоем флюса АН-348А 281 282 Сварочные работы Размах вибрации регулируется от 0 до 4 мм за смет эксцентриковой втулки. Установка позволяет наплавлять как наружные, так и внутрст I ние поверхности втулок с внутренним диаметром от 42 до 260 мм. Наплавка выполняется в один слой с предварительным подогревом заготовок до 200—ЗОО'С. Прочность сцепления нагиьтпенного слоя на срез (сдвиг) выше прочности бронзы Бр. КМЦ-3-1 Частота вибрации — 40—46 Гц. Размах вибрации при наплавке — 1.8—2,2 мм. | Скорость подачи проволоки 30—42 мм/с. Азот в зону наплавки подастся через ротаметр РС-5, который позволяет установить и контролировать нужный расход газа. Скорость наплавки — 12 мм/с. Длина поверхности наружной наплавки до 360 мм, внутренней — до 180 мм Шаг наплавки — 3 мм/об. Расстояние от конца проволок | ки до поверхности наплавки — 15 мм. Напряжение на дуге — 16— 18 В Копсйский маигзаиод был первым, который внедрил описанную технологию с участием автора книги. 6.5. Плазменно-порошковая наплавка Полуавтоматическая установка, внедренная на Копейском мишзаволс, выполняет плазменную наплавку порошком ИГ-ФБХ-6-2 на абразивно изнашиваемую поверхность горнорежушего резца (рис. 110) Рис. 110. Резец с наплавкой Глава 6. Назначение и способы наплавки 283 Установка состоит из выпрямителя сварочного ВДУ-504, плазмотрона (специального), загрузочного устройства, механизма по- лачи резиа в зону наплавки Особенность и сложность этой технологии в том, что размеры летали малы, толщина и ширина слоя на- п 1авки, по понятиям сварщиков, тоже очень незначительны. Отверстие Ф9 рассчитано под твердосплавный, вольфрамо-кобаль1овыЙ керн ВК8, который затем паяется в этом отверстии таблеточным припоем ПМНМц-68-4-2 с трехкомпонентным флюсом. В плазмотроне применено последовательное охлаждение анодного и катодного узла (рис. 111). Рис 111. Схема плзэмеииоРабочий газ (аргон) подается от гюрошкоеой наплавки: баллона на пульт управления и через 1 — источники питания, систему 1азоснабжсния — в плазмо- грон. 2 — вольфрамовый электрод, 3 Плазмотрон закреплен на установке в — плазмооброзующий газ, А — транспортирующий газ и зоне наплавки. В качестве катода порошок; 5 — защитный газ (электрода) применяется пру- гок из лантонированного вольфрама диаметром 3 мм. Для крепления электрода применен пантовый зажим, что упрощает работу при оСклуживании плазмотрона и исключает удары но нему при за- нрессовкс электрода. С помощью пантового зажима устанавливается размер вылета электрода отторца наш и на длину 16 мм. Угол заточки эле юрода 602. *) Контрольные вопросы к главе б 2■ /. Назовите области применения наплавки. 2. Л\я чего нужна вибрация электрода при вибродугооои наплавке? 3. В чем достоинства плазменной наплавки ? 4. Сущность читинки плазменной струей. 5. Особенности вибродугооои наплавки и область ее применения. 6. Перечислите наплавочные материалы и способы натавки. Глава 7. СВАРКА ЧУГУНА 7.1. Чугун и его свариваемость Чугун — это ОПАВ железа с углеродом, в отличие от стали с держит много углерода, около 2—5%. В зависимости от состояния углерода в сплаве различают лые, серые, конкие чугуны. Белые чугуны — в изломе почти белый цвет, гак как углерод и них находится в химическом соединении в виде карбида железа цементита Fe С. Цементит хрупкий и с высокой твердостью (вы гвердости напильника), не поддается механической обработке рс жущими инструментами н как конструкционный материал iif тичсски нс применяется (только для бил молотковых камнелробй лок и им подобных). Белый чугун используется для получения ковких чугунов п термообработки (томления в печах). Серый чугун — в изломе серебристого цвета из-за наличия пластинчатых включений графита. Большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита. Практически в чугун ах около половины углерода соде жится в свободном состоянии, в виде графита, остальной углерод находится в связанном состоянии (химсоелинении). Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструме* Температура плавления серою чугуна в зависимости от количеств углерода! 100—1250 С\ так как углерод снижает температуру плавления сплава и увеличивает его жидкотекучесть. При остывании чугун не имеет тестообразно! о состояния (из-за жнахотекучести), а сразу переходит и твердое состояние, и наоборот — сразу из твердого в жидкое. Поэтому он поддается сварке только в нижнем положении шва. Ковкий чугун — название условное он нс поддается ковке, так как у него повышенная пластичность, т. с. относительное удлинение до 10%. В ковких чугунах графит более благоприятные форм и с большой разобщенностью, такой чугун менее склонен к треки t- I ^образованию. Гпзва 7. Сварка чугуна 285 Свариваемость чугуна. При оценке физической свариваемости сто следует отнести к группе хорошо свариваемых материалов, а при оценке по технологической свариваемости, когда требуется сварное соединение без снижения качества основного металла и металла шва, чугун является труди освариваемым сплавом. Основные причины, ухудшающие свариваемость чугуна, следующие. 1. Возможность образования и шве и около шовной зоне хрупких и труднообрабатываемых структур отбела и закалки с очень высокой твердостью 2 Высокая жидкотекучесть, низкая пластичность, так как от- сутствует площадка текучести, которую имеет сталь. Это создает напряженное состояние структуры и приводит к трещинам. 3. Чугун не имеет пластического (тестообразного) состояния и при достижении температуры плавлении мгновенно переходит из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении — из жидкого в твердое. 4. Образование пористости за счет большого количества окиси углерода и быстрое затвердевание расплавленного металла — причина того, что газы не успевают выйти. При содержании в чугуне углерода 4,3% температура его плавления сравнительно невысокая — 1150'С. 5. «Рост* чугуна, т. е. склонность серого чугуна к необратимому увеличению объема на 3—5% при нагреве его до 300—500’С приводит к деформациям, иногда — к трещинам. При охлаждении чугун (как водя) расширяется. Повышенная склонность чугуна к образованию хрупких структур связана и основном с высоким содержанием и нем углерода. Эго явление особенно проявляется при дуговых способах сварки При локальном нагреве чугуна создастся перепад температур в теле, который вызывает термические напряжения. При газовой сварке обеспечивается большая зона плавною пп- lpeaa и меньшая скорость охлаждения, поэтому образование струк- | тур закалки и отбела сварною стыка менее вероятно. В принципе, серый чугун — это не сплошной металл, а пористая металлическая губка, поры которой заполнены рыхлым неметаллическим веществом — графитом. Такая структура неблагоприятна лля сварки, она не встречаетой ни в одном другом металле. Относительное удлинение при |1азрыис серого чугуна практически равно нулю. Эго характеризует ею как нс пластичный материал. Чугуны очень неоднородны по сиоему химсоставу и сильно за сорсны различными примесями, поэтому результаты сварки чугун* ных деталей 2В6 Сварочные работы одинаковой марки могут быть различны. Нужно помнить, что есть виды чугунных изделий, чугуны которых практически совершенно не поддаются сварке, например, lie поддается сварке так называемый горелый серый чугун. Горелым он называется потому, »гго подвергался длительному воздействию высокой температуры (например, плита на печке), кислот, пара и т. д. Из-за пористости чугуна в подобных случаях окисление проникает на всю толщину металла, обволакивая металлические зерна пленкой окислов и делая металл рыхлим, механически непрочным и главное — нссмачинающимся никаким жидким металлом. ! 1рн попытке сварки дугой, в стыке от температуры образуются (скаты ваются) шарики полуметалла, а стык на их объем углубляется и получается канавка. Плохо свариваются чугуны с черным изломом Нужно помнить, что никому в производстве еще нс удавалось полумиль равнопрочное чугунное сварное соединение. Технологические трудности сварки чугуна породили множесгаи способов его сварки и их разновидностей, но ни один способ Ни* Глава 7. Сварка чугуна 287 является вполне приемлемым для всех случаев, встречающихся в практике. Поэтому сварку чугуна применяют только при ремонтных работах и при устранении мелких дефектов в отливках. Накопленный опыт позволяет сделать вывод, что газовая сварка является одним из надежных и несложных способов, позволяющих получить наплавленный металл, по свойствам близкий к основному металлу. Эго объясняется термическими процессами при сварке, меньшей вероятностью появления в зоне сплавления отбеленного чугуна. Способы свирки чугуна: 1. Горячая сварка чугуна. 2. Холодная сварка чугуна. 3. Газовая пай кос парка чугуна. 7.2. Горячая сварка Горячая сварка - это сварка с дополнительным подогревом до 600— 800*С. Этот способ является более совершенным по качеству до настоящего времени. Разработчиком ею был И. Г. Спапянов. При /том способе сварочная ванна имеет большой объем и место сварки п()сдваритсльно заформовьшастся, чтобы удерживался жидкий металл с учетом образования небольшого усиления места сварки, с учетом припуска на механическую обработку. На свариваемых кромках предварительно снимают фаски для хорошего доступа сварочной дуги в зону сварки. Формовочная смесь — кварцевый песок, смоченный жидким стеклом, или графитные пластины. Утечка жидкого металла из формы недопустима. После просушки формы производится нагрев свариваемого изделия — лучше в печи, но можно и другими эффективными источниками тепла до 600—700'С, со скоростью 50—60*С в час (тсмио-пишисвый цвет). Затем выполняют сварку газовую или дуговую. Подогрев делают для того, чтобы снизить скорость охлаждения металла шва и повысить пластические свойства соединения 28В Сварочные работы Газовая сварка выполняется мощным нормальным ацстпснм кислородным пламенем. При газосварке применение флюса обязя* тельно. Чаще всего используется прокаленная бура Na,B4Or В качестве присадочного материала применяют лшые чугунной прутки марки Л и Б по ГОСТу 2671-70, диаметром 8—12 мм с повышенным (3—3,5%) содержанием кремния. По окончании сварки изделие подвергают медленному охлаям дению в течение 3—40 ч любыми средствами, в том числе: закрывание асбестовой тканью или картоном, засыпка сухим, даже горячим песком, охлаждение в состава, в %: мрамор — 25,0; полевой шпат — 25,0; |рафиг серебристый — 41,0; 11>срромарпшец — 9,0. камерах с термоизоляцией, и т. д. Очень хорошо показало себя охлаждение изделия в печи. Элсктролуговая сварка чугуна с подогревом (горячая). Для ручной сварки применяют электроды марки ОМЧ-1, которые изготонливакггся из чугунных прутков марки Б по ГОСТУ 2671-70 диаметром 6—12 мм, ни которые илнооггся покрытие следующем! Для питания душ применяется переменный или постоянныйтон обратно!! полярности. Сили сварочного тока подбирается из расчета 7—9 А на I мм2 площади сечения электродного стержня. В процессе сварки отливка не должна охлаждаться до температуры менее 45(ГС. При необходимости производится термическая; обработка после сварки. Применят!» при горячей сварке чугуна элск* троды со стальных! стержнем (например, электроды марки ЦЧ “й можно, но качество будет хуже. 7.3. Холодная сварка Холоп ной сварка называется потому, что изделие перед сваркой нс проходит общий подогрев до высоких температур, а подогреву подвергаются лишь зона сварки и свариваемые кромки до темпе- Глава 7. Сварка чугуна 2В9 ратур 350—500°С в зависимости от габаритов изделия и толщины стенок. Газовая паикосварка. Этот процесс считается низкотемпературный пайкосваркой, так как редко поверхнос ти свариваемых кромок доводят до температуры плавления, а присадочным материал, как правило, имеет температуру плавления меньшую, чем основной металл. Предварительный подогрев при низкотемпературной пайкосваркс не исключается, так как в значительной степени Облегчает выполнение работ качественно. Процесс пайкосварки является промежуточным между сваркой и пайкой. По отношению к нерасплавленным спариваемым кромкам чугуна — это пайка, припоем заполняется вся разделка свариваемых кромок. Низкотемпературная пайкосварка выполняется ацетиленокис- . к грешным пламенем. В качестве припоев примстится чугунные или латунные прутки. Достоинство газовой сварки в том, ЧТО пламя позволяет выполпятьнсзавнснмый, раздельный нагрев основного и присадочного металлов, флюсов. Перед пайкосваркой изделие прогревают R печи до 300—400’С, а при небольших размерах изделия — пламенем газовой горелки. Подготовленные к сварке кромки обжигают пламенем горелки с избытком кислорода для выжигания [рафита на поверхности кромок, чтобы улучшить смачиваемость чугуна припоем и сцепление металлов. Разогретые кромки посыпают бурой или другим флюсом. Признаком готовности кромок к пайкосваркс является равномерное растекание расплавленного флюса по кромкам (это 8СЮ— 850“С). Разогревается конец присадочного прутка и опускается во флюс, мри этом пламя горелки не должно отводиться от места нагрева. На горячий пруток налипает нужное количество флюса. На кромки нужно периодически подавать флюс. Затем расплавляется конец прутка с флюсом. Капли расплавленной присадки растираются тонким слоем по поверхности разогретых кромок этим же прутком. При соприкасании капли с кромкой соединения на поверхности кромки повышается температура, так как капля отдает свою часть теплоты. Под действием флюса и пламени капли жидкого припоя хорошо 290 Сварочные работц растекаются по кромкам тонким слоем, заполняя поры и пустоты о чугуне, обеспечивая улучшение прочности сцепления. Отрицательное влияние свободного графита на кромках при смачивании уменьшается активными добавками во флюсе. 7.4. Пайкосварка чугуна чугунным припоем Способ применяется для исправления мелких дефектов и когда требуется получить структуру чугуна в наплавленном металле. Применяют чугунные прутки марки НЧ-2 и УНЧ-2 (табл. 18). Таблица 18 Состав присадочных чугунных прутков для низкотемпературной пайкосварки, % Марка прутка НЧ-2 УНЧ-2 Угле род Крем ний Марга нец Фос фор Никель Титан 3,0—3.5 3.5—4.0 0,6—0,7 0.2—04 0.4—0.6 0,15—0,2 3.4—3.7 3.5—3.8 0.6—0.7 0.2—0,4 0.4—0.6 0.15-0.2 Медь | Сера не более 0.1 0.1 П.05 0.03 Прутки УНЧ-2 обеспечивают более плотный металл шва за снег низкого содержания серы и благоприятного соотношения углсро/ы с кремнием. В качестве флюса чаще применяется плавленая бури Флюс помогает каплям присадочного металла легко растскать* ся по кромкам гонким слоем. 7.5. Пайкосварка чугуна латунными припоями Преимущество пайкосварки чугуна латунью в том, что нагрей чугуна до температуры плавления латуни (850—900”С) существен* но не изменяет структуру чугуна, а значит, нс вызывает тсрмичсс ких внутренних напряжений. Соединяемые кромки должны бым* шероховатыми, так как гладкие поверхности латуни плохо смачиваются и сцепление латуни с чугуном недостаточно прочное. Углерод тоже препятствует смачиванию латунью, поэтому его выжита- ют с кромок окислительным пламенем или кромки покрывают папой из железных опилок, борной кислоты и нагревают кромки пламенем горелки до 750—900*0. Проще способ выжигания углерода окислительным пламенем, его часто и используют. Пайкосварка состоит в следующем: нагрев кромок до красного цвета, обработка флюсом, обслуживание нормальным пламенем или немного окислителем. Пайкосварка выполняется в слегка наклонном положении снизу Глава 7. Сварка чугуна 291 вверх, чтобы расплавленная латунь нс закрывала луженые участей* Лучшие результата при левом способе сварки. В качестве припоев применяют латунь ЛбЗ или ЛОК59-1-03 по ГОСТ 16130-70. Испарению цинка препятствует пленка окислов кремния, а также избыток кислорода в пламени. Без применения мер защиты угар цинка составит 5%, а этот цинковый дым ядовит для организма человека. Соединения при такой пайкосвар- кс получаются почти равнопрочные с низкоуглсродистой сталью. Низкотемпературная пайкосварка чугуна латунными припоями отличается тем, что рабочая температура процесса, температура предварительного нагрева зоны сварки составляет 650—780'С (т. е. практически температура смачивания поверхности металла). Снижение рабочей температуры достигается применением специальных флюсов, например, марки ФПСН-2. Флюсом нейтрализуется вредное действие свободного графита. При температуре плавления флюсов 600—650°С они являются индикаторами начала процесса при пайкосварке, т. е. сигналом для расплавления припоя. Флюс ФПСН-2 выпускается промышленностью, следующего состава, в %: углекислый литий - 22,5; кальцинированная сода - 22,5; борная кислота - 45,0; солевая плавленая лигатура — 10.0. Состав солевой плавленой лигатуры: NaCI — 72,5% (поваренпая соль), NaF — 27,5%. Флюс применяют в виде пасты, разведенной водой, или в виде порошка. Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают при температуре 600*С ручным медным молотком. 292 7.6. Электродуговая холодная сварка чугуна Сварочные работы ?>im способ сварки часто применяют в ремонтных работах, оео- I бо, на сельхозтехнике. Сельхозмашиностроению прннаолежит приоритет в разработке сварочных электродов марки М НЧ-2. Стержни для электродов делаются только из цветных металлов и сплавов, например, мели, медно-никелевых и железо! ж келевых сплавов. Холодную сварку чугуна стальными или чугунными электродами не применяют. Неоднократные попытки разработать такой техпроцесс педали стабильных, пригодных результатов .даже с ксболь ШИМ подогревом зоны сварки. Большим недостатком холодной сварки чугуна стальными и чугунными электродами являются высоким Хрупкость и твердость переходных зон, что часто приводит к разрушению. Такая сварка нс гарантирует необходимого качества. Применение стальных ввертышей (шпилек) с последующей обваркой, также неприемлемо в большинстве ремонтных случаев. Для уменьши- I Ш1Я твердости шва и переходных зон при холодной сварке чугуна С I успехом применяются электроды с медно-никелевым стержнем, ко торый называют монель-металлом. Основная марка таких электро• дов МНЧ-2 (-70% никеля, 28% меди). Состав покрытия этих 54,0; электродов следующий, в 32,0; %: мрамор — 3,0; плавиковый шпат — 3,0; ферромарганец — 8,0. ферротитан — из расчета 30—40 А на I мм диаметра графит — Сварочный ток берется электродного стержня. После сварки твердость наплавленного металла Н В 200—280 ели ниц, предел прочности при разрыве — до 12 кге/мм2 Никель нс обрл зуст соединений с углеродом, поэтому отбеленная зона чугуна почти отсутствует. Сварка ведется короткими валиками (40—50 мм) i перерывами для охлаждения до температуры 60—70'С. Высота гы ■ лика нс менее 4 мм, причем каждый валик прочеканивается удара* | Глава 7, Сварка чугуна 293 мп ручного молотка. Наплавку валика выполняют только в нижнем положении. Дуговая сварка медными и медно-стальными электродами применяется при заварке дефектов чугуна на сложном фасонном литье, когда неприемлем подогрев, а также на отливках с браком по механической обработке, особенно в случае необходимости создания герметичности. При сварке применяются электроды с медным стержнем и с покрытием марки «Комсомолец-100*» — разработки тамбовского завода «Комсомолец». Электроды марки «Комсомолец-100» изготовляют путем нанесешь на стержень из медной проволоки марки М1 ,М2,МЗ покрытия следующего состава, в %: плавиковый пптат - 12,5; полевой шпат - 15.0; ферромарганец - 47.5; кремнистая медь - 25,0. Сварка электродами «Комсомолец-100» производится на моегоянном токе обратной полярности, на сварочном токе в амперах: Диаметр электрода, мм Сварочный ток. А 3 140—200 4 200—300 5 300—380 Ток сравнительно большой, так как стержень и панна медные, с большой теплоотдачей. Прочность при растяжении сварного соединения 25—30 кге/мм. Электроды ОЗЧ -1 изготавливают путем нанесения на медный стержень покрытия следующего состава, и %: мрамор - 27,0; плавиковый шпат 7.5; песок кварцевый 4,5; ферромарганец — 2,5; ферросилиций - 2.5; железный порошок - 50,0; ферротитан 6,0. Временное сопротивление при растяжении 7—9 кгс/мм?. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Сварочный ток 35 Л на I мм диаметра электродного стержня. Сварку выполнят!» короткими, до 50 мм, швами «вразброс» для ирсдуп дения чрезмерного местного перегрева летали. Основной металл проплавлять минимально. 294 Сварочные pa Каждым наложенный валик сразу, пока горячий, проковывается. Если проковка недоступна или невозможна, то применение медных электродов нецелесообразно. Каждый валик должен остывать до 70—80"С. При выполнении всех рекомендаций сварка обеспечивает ло 70% прочности основного металла и плотность сварного соединения. 9 Контрольные вопросы к главе 7 • . . . /. В чем заключаются трудности сварки чугуна? 2. Какие чугуны не поддаются сварке и почему? 3. Перечислите способы сварки чугуна. 4. В каких случаях применяют сварку чугуна? I глава ft СВАРКА АЛЮМИНИЯ, МЕДИ, ЛАТУНИ, БРОНЗЫ 8.1. Свойства алюминия и его свариваемость Существует много различных марок алюминия, но нс все имеют хорошую свариваемость. Например, сплав алюминия с медью (4—5% Си) Д16, Д1, называемый дюралюминием, имеет плохую свариваемость и для сварных конструкций не применяется, а соединяется клепкой. Прочность дюралюминия выше прочности низ- коуглсролистой стали. Свойства алюминия: • удельный вес 2,7 г/см1; • температура плавления 660"С; • высокая теплопроводность — в 3 раза выше, чем у железа; • высокий коэффициент теплового расширения — в 2 раза больше, чем у железа, который способствует увеличению деформаций. Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые — это прокат, штамповка, и литейные нсдсформирусмыс — силумины — сплавы алюминия с кремнием (5—12% Si). Деформируемые материалы — АМц, AM г и чистый алюминии термически нс упрочняются, а сплавы алюминия с медью, алюминия с цинком упрочняются термической обработкой. Абсолютное большинство сварных конструкций изготовляется из деформируемых, термически не упрочняемых алюминие-магни- свых и алюминие-марганцевых сплавов. Для термически упрочил- Сварочные работы 29Б смых сплавов сварка плавлением почти не применяется, так как околошовная зона сильно разупрочпяется и невозможно получить прочное соединение. Сплавы — силумины имеют хорошую свариваемость. Особенности сварки Основным затруднением при сварке алюминия является тугоплавкая окисная пленка А203 с температурой плавления 2050еС, препятствующая сплавлению основного и наплавленного металла. Окисная пленка очень тугоплавкая, механически прочная и представляет собой чрезвычайно прочное химическое соединение, которое плохо поддается действию флюсующих материалов из-за своего химически нейтрального характера. Попадая в шов, окисная пленка образует неметаллические включения, резко снижая показатели прочности и пластичности. Алюминий ггри расплавлении не меняет свой цвет, поэтому визуальное наблюдение при сварке за состоянием ванны затруднено^ особенно при подогреве, так как в суши Момент металл стыка может просто провалиться, распасться. Алюминий очень хрупок в нагретом состоянии. При сварке окненую пленку удаляют флюсами, покрытиями электродов и специальными циклическими импуль сами на дуге от источников питания. Следующая трудность — образование пор по причине (как полагают) наличия в шве 1юдорода. Oil, вяло выделяясь из ванны, оставляет дефекты в виде пор. Алюминий при сварке склонен к кристаллизационным трещинам. Присутствие в нем железа и кремния сильно влияет на появление трещин в металле шва. Увеличение кремния до 0,6% снижает стойкость против образования трещин Железо в шве до 0,7% положительно влияет на стойкость образования трещин. При содержании железа более 0,8% стойкость к образованию трещин снижается. Виды сварки алюминия: плавлением и давлением; способы: ручная и механизированная в аргоне плавящимся и нсплаиящимся электродом, покрытыми электродами; газовая, давлением. 8.1 Сварка алюминия угольным электродом Этот способ сварки ранее успешно был внедрен электротехниками для сварки контактов электропроводов. Недостаток: чистый алюминии затрязняется углеродом. Источник питания — постоянный ток, полярность — прямая; флюс: криолит — 100% или криолит — 30%, хлористый калий — 50%, хлористый натрий — 20%; или литий — фтор, или литий — хлор. Сварку Глава В. Сварка алюминия, меди, латуни, бронзы 297 ведут на графитовых или угольных подкладках. Электроды фафитовые или угольные, диаметром 8—15 мм; сварочный ток — 150—450 А. Флюс наносят на основной и присадочный материал. 8.3. Сварка алюминия покрытыми электродами Покрытыми электродами сваривают толщины более 5 мм. Для листов толщиной до 12 мм разделка кромок (фаски) не требуется, «ак как проплавление происходит на всю глубину. Сварку выполняют с предварительным подогревом до 200 400"С. Ток постоянный, обратная полярность. Сварочный ток 25—32 А на I мм диаметра электродного стержня Основу электродных покрытий составляют галоидные соли щелочных и щелочноземельных материалов, а покрытие галогенидного типа. Марки электродов ОЗА-1 и ОЗА-2. Электроды ОЗА-1 предназначены для сварки алюминия АДО, А6, АД1, АД и подобного. Электродный стержень СВ-А97 (ГОСТ 7871-75). Предел прочности металла шва 6,5—8,5 кто/мм3. После сварки шов следует немедленно промыть горячей водой и очистить стальной щеткой от остатков шлака. Электродная обмазка пиро- скопична (поглотает влагу из окружающей среды), поэтому электроды перед сваркой просушивают при температуре 200'С в течение 2 ч. Тонкий листовой алюминий (до 3 мм) желательно варить с от- бортовкой. Для заварки литейных де<}>ектов применяются электроды марки ОЗА-2 с электродным стержнем из кремнистого алюминия ЛХ5 (ГОСТ 7871-75). Электроды ОЗА-2 применяются для наплавки деталей из литейных сплавов марки АЛ-2, ЛЛ-4, АЛ-5; АЛ-9; АЛ-II, а также для их сварки. При сварке нужно учитывать необходимо любых подкладок (даже формовка размягченным водой асбеста: для удержания расплава алюминия от провала. Электродные покрытия примерно того же состава, что и соста* флюсов при газовой сварке или сварке угольным электродом. Хорошие результаты дает флюс АФ-4А следующего состава, в %: хлористый натрий (пищевая соль) — 28,0; хлористый калий — 50,0; фтористый натрий — 8,0; хлористый литий — 14,0. Флюс наносится либо в пндс порошка, либо в виде пасты, при- 298 Сварочные работы готовленной на воде или спирте. Разводят флюс в необходимом количестве с учетом его хранения до 6 ч в закрытой таре, чтобы не уменьшить его химическую активность. При применении указанных флюсов для электродных по тий к ним добавляют до 30% криолита NayAlF^. По ГОСТ 7871-7^ предусмотрено более 10 марок сварочной проволоки из технически го алюминия и его сплавов, например, Св-А85Т, Сп-А5, Св-АМ)|, Св-АМгб. Св-АК5 и других диаметром от 0,8 до 12 мм. По химическому составу проволока должна быть близка к свариваемому т риалу. Основной вил соединения — стыковой, но при мехапнзир» ванной сварке в защитных газах применяют и тавровые, углог соединения. 8.4. Автоматическая сварка алюминия по флюсу Особенность спарки алюминия — по флюсу; а не под флюсом, заключается в том, что флюс имеет пысокую электропроводное^ шунтируется электродугой и дуга горит с видимым ярким с нием. Применяемый флюс марки AH-AI имеет следующий состав, и! хлористый калий — 50; хлористый натрий — 20; криолит (NayAIFJ — 30. Глава 8. Сварка алюминия, меди, латуни, бронзы 299 Есть и другие марки флюсов, например АН-А4, АН-А6, но их составы отличаются практически незначительно. Высота слоя флюса — 15—30 мм сварочная проволока — Со-А97 и Св-АМц диаметром 2—3 мм; сварку ведут постоянным током при обратной полярности, сварочный ток - 300—400 А, напряжение на дуге — 38—44 В (т. е. повышенное), скорость сварки — 12—20 м/ч. Алюминий тол- шиной 4—10 мм варят без разделки на стальной подкладке. 8.5. Аргоно-дуговая сварка алюминия 11ри ручной луговой сварке применяется нешшняшийся вольфрамовый электрод, а при полуавтоматической и автоматической — плавящийся, хотя при автоматической сварке нередко применяют и нсплавяшийся электрод. В принципе, аргоно-дуговая сварка обеспечивает наилучшес качество по прочности, внешнему виду, имеет наименьшие техно- югическис сложности. Процесс веления ручной сварки в аргоне осваивается квалифицированным сварщиком (при правильном объяснении) в течение одной смени. При сварке в аргоне нс требуется тщательной подготовки (очистки от окислов) кромок алюминия, сварка выполняется на специальном оборудовании, импульсом тока дуги, от которого разрушается и удаляет ся окисная пленка. В процессе сварки хорошо видно, как пленка окислов оттесняется в стороны от ванны и вскрывается чистый (как ртуть) серебристый металл, который медленно расплавляется при правильном режиме. На сварочных полуавтоматах применяется сварочная алюминиевая нронолока диаметром 1—2 мм, сварочный ток до 300 А, скорость подачи проволоки — 150—650 м/ч, расход защитного газа (аргона) 300—600 л в час (в баллоне полном лргона 6000 л), и чем больше скорость сварки, тем больше расход мргона. Сварка вольфрамовым (иеплавяшимся) электродом выполняется на переменном токе с использованием в сварочной цепи специального осциллятора, сварка плавящимся электродом — на по- стояином токе при обратной полярности, сварочный ток — 300— 400 А, напряжение на дуге 38—44 В, скорость сварки — 12—20 м/н. При сварке вольфрамовым электродом на прямой полярност («минус» на электроде) стойкость электрода и допустимый предедя ный ток выше примерно в 7 раз. 300 Сварочные работы Режимы автоматической сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым (неп.тавяшимся) электродом (табл. 19). Присадочную прели»* локу диаметром 2,0 мм подают в зоггу сварки механически, по мерс надобности. Подающий механизм по принципу действия — нс толкающего, как для стальной проволоки, а тянущего типа. Таблица 1U Режимы звтоматическойсяаркм алюминия вольфрамовым электродом Толщина металла, мм Диаметр электрода, мм Сварочный ток. А Скорость сварки, м/ч Расход аргона, л/мин 2 3 4 3-^4 4—5 4—5 170—180 200—220 210—235 19 15 11 16—18 16—18 16—20 6 4—5 230-260 8 18—20 Режимы полуавтоматической сварки плавящимся электродом алюминия в аргоне для металла толщиной 3 мм: диаметр электрОЯ — 0,8 мм, сварочный ток — 120—145 А, скорость подачи провод* * и 900 м/ч, скорость сварки — 30 м/ч, расход аргона - 15—17 л/мии 11ронолоку и свариваемые кромки обезжиривают ацетоном к ш бензином, затем счищают окисную пленку стальной шегкой. За*ии стка позволяет сохранить алюминий чистым в течение 2 ч. Сварка выполняется без поперечных колебаний электродом иии прутком. Сварку желательно вести на больших скоростях в олии слой, чтобы не перегревать металл. Если толщина свариваемого металла более 8мм, то алюминий нужно предварительно подогревать до температуры 150—300'С и* редкой — по 80—I(К) мм с каждой стороны стыка. Оборудование для дуговой сварки алюминия и cm особсПиш in рассматриваются в отдельной главе. Практически аргоно-луговая сварка алюминия и его сплавов с середины 60-х годов являе тся несложной задачей и хорошо разработанной в части технологии сварки. 8.6. Газовая сварка алюминия Одним из наиболее доступных и недорогих является газовая сварка с Гпава 8. Сварка алюминия, меди, латуни, бронзы 301 использованием как ацетилена, так и пропан-бугана. Способ является надежным и незаменимым при отсутствии технических возможностей применить более совершенный способ, например, аргоно-дуговую сварку. По качеству соединения деталей газовая сварка даст удовлетворительные результаты. Во многом качество сварки зависит опт качества флюса. До создания флюсов сварка алюминия являлась невыполнимой задачей. При создании флюсов было установлено, что раствортелями для окиси алюминия являются галоидные соединения щелочного металла лития. Во флюсы для сварки алюминия чаще всего вводится хлористый или фтористый литий (LiCI или LiF). Разработка <}»люсов для сварки алюминия сейчас не может считаться законченной. Проверка пригодности флюса проводится так: нагревается небольшая зона (точка) горелкой до появления серой шероховатой поверхности (окисления), затем разогрев посыпается флюсом. Если флюс очищает поверхность металла до ртутного блеска, то флюс хороший. Настоящий флюс содержит обычно от 15 до 30% солей лития. Соли лития очень дорогие и дефицитны, поэтому делается много попыток создать флюсы, не содержащие лития. Но все беэ- литисвыс флюсы на сегодняшний день нельзя считать полноценными, а лишь заменителями, дающими более или менее удовлетворительные результаты. Для ответственных сварочных работ, в особенности для тонких металлов при сварке алюминия и сплавов нужно применять флю- ем, содержащие соли лития. В качестве горючего газа кроме ацетилена можно использовать природный газ, пропан-бутановыс смеси и водород. Качество соединения получается вполне удовлетвори тельное. Флюс наносят в зоне сварки различными удобными способами в виде пасты или порошка, прилипающего к разогретому металл) Находящиеся во флюсе фтористые соединения растворяют окис* кую пленку А 1,0, в расплавленной ванне, а хлористые соли литии отнимают кислород у окиси алюминия и металл становится чистым. Флюсы очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметичной таре. Рекомендуется флюс ЛФ-4Л как лучший. Пламя газовом горелки нормальное, сварку ведут п нижнем по ложении левым способом, быстро, с расположением мундштука редки пол углом 20—40", а прутка — под углом 40—60' к плоскости детали. При сварке нужно 302 Сварочные работы постоянно помешивать (или щупать «•! при подогреве) концом прутка ванну. Сварку выполняют за алии проход. Перед сваркой нужно предварительно подогреть детали ло 250—300’С. Прочность сварочного шва составляет 70—90% от прочности основного металла. Флюс, разведенный в виде пасты на воде, мо жег храниться в разведенном состоянии нс более 10 ч. Сварщику необходимо помнить, что алюминий и его сплавы при нагреве сразу переходят из твердой фазы п жидкую, минуя плат отческую. При натре вс до 400—5(Ю'С алюминий почти подноси.»» теряет прочность и деталь может разрушиться (развалиться) мод действием собственной силы тяжести. К свариваемым алюминиевым сплавам относятся слсдующм| АД. АД-1. АМи, АМн. АМгЗ, АМг5В, АМгб, АВ, АДЗЗ, АД35, Д20, ВАЛ-1, В92У. Присадочные прутки и свариваемые кромки обезжириваютрШ створителями: уайт-спиритом, техническим ацетоном, растворин» лем РС-1 или РС-2. Чтобы флюс не разъедал алюминий, посте сшш ки его удаляют следующими путями: • промывкой горячей водой; • травлением в 2,0%-ном растворе хромовой кислоты при н*м пературе 80’С. выдержка 5 мин; • промывкой в горячей воде и сушкой в шкафу при 100"С и пи на воздухе при 60—80"С. Глава 8. Сварка алюминия, меди, латуни, бронзы 303 Качество промывки контролируют 2%-ным рао^пюром азогокис- лого серебра. При обнаружении на поверхности С>ч5лого налета промывку повторяют. 8.7. Сварка меди Медь пластична в холодном состоянии и очень* хрупка при больших температурах, теряя и прочность. Отливки из меди имеют большую пористость и литейную усадку, поэтому лит*де детали из чистой меди нс делают. Расплавленная медь хорошо* растворяет газы, выделяя их при затвердевании, и это вызывает искристость. Медь широко применяется в теплообмен ной а ппаратуре, электротехнике, в химических аппаратах и т. д. Например, в быту медь используется для изготовления волонагреваемых радиаторов в кухонных водоподогревных газовых колонках. Свойства меди: высокая электро- и теплопроводность, прочность — 25 кге/мм2, температура плавления — Ю83'С, теплопроводность меди в 6 раз выше, чем у стали, поэтому при свар>кс требуется дополнительный нагрев мощным источником ТСПЛО-гы. Нагретая медь легко поглощает водород, порождающий так называемую волоролную болезнь меди. Водород проникает на большую глубину, и, взаимодействуя с закисью меди ъ водород восстанавливает ее по реакции СигО » Н, = 2Си + Н20, образуя при этом пары воды. Молекулы волы, нерастворимые в меди, накапливаются внутри металла в больших количествах, и при кристаллизации или возникают трещины там, nus уже остыло, или поры там, где еще жидкий металл. Большое внутрешice давление в порах после охлаждения разрыиаст металл, образуя много микро- Iрицин и делая метал;! непрочным. По существу, парами воды осиявший металл просто распирается. Медь легко окисляется в расплавленном состоянии и образует с кислородом два окисла: закись меди Си,0 и окись меди СиО. Закись меди имеет разную растворимость в жидком и твердом металле и температуру плавления I064 C, т. с. ниже температуры плавле ния меди. Это приводит к неметаллическим включениям и снижист тем шоироиолность. Более легхоллавкаи эвтектика Си20 — Си при затвердевании выпадает в последнюю очередь, располагается по границам км таллов и в итоге приводит 304 Сварочные работы к образованию горячих, кристаллиза!но онных трещин. Качество соединении (сварки) невысокое. Поэтому. 1 предельное содержание кислорода в меди должно бьггь строю отри* ничено до 0.03%, а в некоторых ответственных изделиях до 0,01%. Висмут, свинец увеличивают вероятность образования горячи» трещин, т. с. это вредные примеси. Незначительное количество кислорода есть даже и в очень чистой меди, по это практически неопасно, так как при пластической деформации (прокатка, протяжка, проковка) включения эвтектики раздробляются и распределяются вдоль волокон металла. В таком состоянии кислородные включения незначительно влияют на механические свойства мели. Но достаточно прокат нагреть для сварки, как вновь образуются крупные кристаллические зерна металл*, но границам которых появляется кислородная эвтектика, снижи# механические свойства меди. Восстановить механические свойства можно механической иб- работкой, т. с. пластическим лс^юрмированисм в холодном состав нии (проковка, гибка, прокатка и подобное). Высокая теплопроводность меди заставляет применять при сварке высококонцентрированные источники натрева, а иногда — предварительный и сопутствующий подогрев, так как при этом даже тепла дуги не хватает. Высокий коэффициент линейного расширения требует приме нить особые меры против деформации, в том числе необходимо мн нимизировать количество прихваток в узле. Способы сварки меди. Мель сваривается почти всеми известными основными видами и способами сварки, но при этом надо четхф представлять все перечисленные сс свойства и особенности попел#*! ния. Например, сварка меди (азами — заменителями ацетилене NH рекомендуется к применению, гак как не дает удовлетворительны* результатов но металлургическим и механическим характеристикам наплавленного металла по причине большого количсспза кислорода в пламени, который насыщает расплавленный металл кислородом, водородом и шлаковыми включениями Сварку меди выполняют следующими видами и способами и только в нижнем положении шва: • дуговая сварка — угольным и металлическим плавящимся и нспланяшимся электродом; (лава 8. Сварка алюминия, меди, латуни, бронзы 305 • газовая сварка аист иле гго-кислородном пламенем. В качестве защитной среды используется флюс, инертный по отношению к меди газ (азот, аргон), а также электродные покрытия. 8.8. Сварка меди угольным электродом Старка меди угольным электродом при толщине до 3 мм выполняется по отбортовке без присадочного металла. В качестве присадки применяют мель Ml, фосфористую медь (например, МФ8 и др.) или кремнистую бронзу (например, БрКМи-3-l) диаметров от 2—8 мм. Перед сваркой нужен предварительный подогрев до 250— 350’С. Сварку производят на постоянном токе при прямой полярности и только в нижнем положении. Фосфор в меди является активным раекислителсм и улучшает качество сварного шва. В качестве флюса применяют буру (95%) с борным шлаком (5%) или буру (100%). Флюс наносят на смоченный в жидком стекле пруток, или «макают* нагретый пруток в порошок, или «припудривают* флюсом кромки. Для сварки необходимо напряжение на угольной дуге 40—50 В и большая длина душ. Возникает явление магнитного дутья, полому сто нужно нейтрализовать, чтобы нс отклоняло дугу. Способы борьбы с магнитным дутьем указаны при описании сварочной дуги. 8.9. Ручная дуговая сварка меди покрытыми электродами Ток постоянным, обратная полярность, подогрев до 400‘С, илек- ' троды марки «Комсомолец-100», ОЗЧ-1 и ОЗЧ-2. У всех этих электродов стержень медный, сварочный ток — 50 А на I мм диаметра электрода, напряжение на дуге 25 30 В. Лист толщиной до 4 мм варят без разделки кромок. При дуговой и газовой сварке по причине жидкотскучсспД большой теплоотдачи применяют графитовые или стальные прокладки. Сварку можно выполнять и на переменном токе, но сила тока должна быть больше в 1,5 раза, чем при сварке стали. 306 Сварочные работы 8.10. Автоматическая сварка меди Автоматическая сварка меди выполняется угольным элсюро- дом под флюсом толщиной 4—6 мм. В свариваемый стык кладу» полоску латуни ЛТ-80, флик: ОСЦ-45, режим: ток постоянный, при» мая полярность, сварочный ток — 750—1000 А, напряжение луги — 18—24 В, скорость сварки — 16—22 м/ч. Автоматическая сварка меди металлическим электродом под флюсом — ток постоянный, обратная полярность. Электродная проволока — медь Ml, М2, флюсы: АН-20, АН-348Л, ОСЦ-45, сварочный ток — 100 Л на I мм диаметра электрода* па* пряжение падуге — 38—40 В, скорость с парки — 15—25 м/ч. Большие талшины меди целесообразно варить лнухэлсктролной аир» кой в одну ванну. Сварка в eperie аргона или азота Сварку выполняют как плавящимся электродом (медной щпн волокой),так и вольфрамовым (нсплавяшимся). Ток постоянным, прямая полярность, сварочный ток — 400—900 А в зависимости Я толщины металла, диаметр вольфрамового электрода — 2,4 4,8 мм, присадочная проволока — 2—6 мм, расход аргона или а юг* — 3—8 л/мин. Гпява 8. Сварка алюминия, меди, латуни, бронзы 307 8.11. Газовая сварка меди Газовая сварка меди выполняется только ацетилено-кислородным пламенем строго нормального соотношения газов. Пламя применяют большой мощности и если пламени одной горелки недостаточно для прогрева, го применяют две горелки, чтобы обеспечить дополнительный подогрев. Шов заполняется н один слой. Сварку нужно вест с большими скоростями natpcua и охлаждения стыков без перерыва. Диаметр присадочной проволоки примерно равен половине толщины свариваемого металла. В качестве присадки применяют медные прутки и проволоку по ГОСТу 16130-72 марок: Ml, MCPI, МНЖ5-1, МНЖКТ5-1-0,2-0,2 и другие Сварочная проволока MCPI содержит 0,8—1,2% серебра. Температура плавления присадочной проволоки должна быть ниже температуры плавления основного металла. Сварку выполняют на угольной, графитовой, асбестовой, стальной подкладке, прикрывая металл, чтобы уменьшить скорость теплоотвода. Флюсы применяют в основном следу- ющне: 1) бура — 100%; 2) бура с борной кислотой пополам. Есть до десятка рецептов флюсов для сварки меди, но все они изготовляются из окислов и солей бора и натрия. Флюс применяют и виде порошка, пасты, замешанной ни спирте. Сварка меди газами-замснитслями нс рекомендуется из-за значительного насыщения се водородом. Хорошие результаты даст сварка меди с флюсом следующего состава, в %: бура — 70,0; борная кислота — 10,0; поваренная соль — 20,0. В качестве присадки рекомендуется брать не чистую электротехническую медь, а проволоку с небольшим содержанием фосфора, нинка, кремния, или же с добавкой серебра — до 1%. Если используется чистая медь для присадки, то во флюс вводят фосфористую медь. 8.12. Сварка латуни Латунь — это сплав мели с цинком. Сварка латуки затрудним легкой 308 Сварочные- работы испаряемостью цинка. Все способы сварки и наплавки лл 3 туни имеют определенные трудности в связи с бурным испарением пинка и образованием множества пор разных размеров. Температура плавления цинка 420*С\ а кипения 907’С, что блин ко к температуре плавления латуни. Испаряясь, цинк быстро окис* лястся в тугоплавкую пылевидную окись цинка, которая очень яду вита*. Предельно допустимая концентрация цинка в воздухе 6,0Ц| мг/л, поэтому сваривать латунь необходимо пол вытяжными устройствами, а иногда в респираторе. Средством уменьшения испарения цинка является примснсши пламени с избытком кислорода и использование специальных* ле* гироватгых кремнием, бором, алюминием присадоштых матерюм \ лов. которые обеспечивают образование шлакового покрова, пре* пятствуюшего испарению цинка из жидкого металла ванны. Стирка латуни заменителями ацетилена осуществляется легко, свароМм пампа спокойная Формирование шва хорошее, шлак лет ко отделе» стен от поверхности шва. Присадочный материал обычно той *с марки, что и свариваемый, но хорошие результаты обеспечивал проволока марки ЛК62-05, содержащая 0.5% кремния. В камеей* флюса применяют буру — 100% или буру — 20% — борную кислоту — 80%. Сварку выполняют преимущественно левым способом И нижнем положении или слегка наклонном (до 15’) положении ним Сварочная ванна, как и у меди, жидкотекучая. Латунь успешной* рииают угольной дугой, а присадка и флюсы тс же, что и при мя» вой сварке, режимы сварки такие же. как и для сварки меди. Существуют способы сварки латуни металлическим плавящим ся электродом, но из-за токсичности расплава латуни и сложно тей с покрытием электроды с покрытием не выпускаются. Сварку можно выполнять неплавяшимся электродом (вольфриц ьым) в аргоне, элсктроконтактной сваркой и сваркой под флюсом, 8.1В. Сварка бронзы Сварка бронзы в основном применяется для исправления дефектных отливок из бронзы, ремонта деталей и наплавки. Бронзы с большим 3 Автору известен случай, коша ui 3 ч работы и цехе на открытой нл смаршик, выполняя газовую наплапку латуни ка сталь, получил сильное о пне и шшапшшоегь первой группы. 309 Глава 8. Сварка алюминия, меди, лагуни, бронзы содержанием алюминия почти не поддаются сварке обычными приемами. Например, но этой причине бронзу марки Бр. АЖ9-4 не удавалось заварить из-за тугоплавкой двуокиси алюминия. Бронзу сваривают угольным, металлическим электродами, в среде аргона — вольфрамовым электродом по технологии, анало- I и мной сварке мели. Сварку бронзы нужно вести быстро, ограничивая нагрев основного металла и размеры ванны, ускоряя охлаждение и затвердевание ванны. В качестве присадки используют прутки из ||н>сфористой бронзы, флюсы и подогрев при сварке угольной дугой нс обязательны. Хорошие результаты ласт сварка металлическим электродом — литым бронзовым стержнем. Газовая сварка бронзы выполняется с предварительным подо- I ревом до 450°С, присадочные прутки диаметром 5—8 мм, близкие но химическому составу к свариваемой бронзе. Бронзы очень жидкотекучие, поэтому их сваривают только в нижнем положении шва. При температуре 550—650*С бронзовые детали становятся чрезвычайно хрупкими и малопрочными. Газовое пламя сварочной горелки нормальное, флюс, например, такою состава: бура — 50%, борная кислота — 35%, кислый фосфорнсго-кнелый натрий — 15%. После сварки литых деталей из оловянной или малокремниевой бронзы их отжигают при температуре 450—500*С и охлаждают в иоле. Сваркой шов проковывают только при сварке прокатной брон- 1Ы, но не литой. Газовая сварка бронз лает прочноегь 75—90% от прочности основного металла. 9 Контрольные вопросы к главе 8 • ——— /. В чем трудности сварки шюминия ? 2. Перечислите способы сварки шюминия. ■■■■—— 310 Сварочные р 3. 4. 5. 6. 7. 8. Почему неприемлема свирка меди пропан-бутановым пламенем^* Перечислите области применения наплавки. Лт чего нужна вибрация электрода при вибродугоШ! папл В чем достоинства плазменной наплавки ? Сущность наплавки плазменной струей. Особенности вибродуговой наплавки и область ее примен Глава 9. КОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРОСВАРКА 9.1. Основные понятия Способы контактной электрической сварки предложены Н.Н. Ьсиардосом в конке XIX в., но развитие и применение ее задерживалось из-за отсутствия в те времена нужной тех—-ч 1 нической базы. Электрическая контактная сварка это разновидность сварки давлением. при которой высококонцентрированный местный нагрев металла осуществляется теплом, выделяемым при прохождении электрического тока большой величины от одной соединяемой детали к другой перпендикулярно поверхности их соприкосновения. Местом максимальной концептрации на- ipeua в этом случае расплавленный металл является электривеский контакт деталей. После нагрева или Рис. 112. Процесс постепенного оплавления поверхности н процессе его прикладывается усилие сверки: сжатия деталей в зоне сварки (рис. 112). 6 — припуск на оплавление; Контактная сварка — основной виц 1 — детали до напала оплавсварки давлением термомеханнческо- го ления: 2 и 3— оплавление. А — оплавление закончено, класса. Различают более 10 разнодетали готовы к осадке г 21 12 Рис. 121. Виды контактной сварки: а — стыковая, б — точечная; в — шовная, или роликовая; 1 — свариваемый металл, 2 — токолодводящие электроды; 3 — трансформатор 312 Сварочные работы видностсй контактной сварки, но основных видов три: стыкован, точечная и шовная или роликовая (рис. ИЗ). Вес виды контактной сварки имеют болы вое распространение в производстве, а в автомобилестроении она является одним из глав ных технологических процессов при изготовлении кузовов легковых автомобилей. Широко применяются не только стационарные машины, специальные сварочные стенды, но и подвесные клещи дли точечной сварки. Количество теплоты, выделяемой Я зоне сварки определяется по закону Джоуля—Ленца Q PRtt где / — сгщ рочный ток, A; R — полное сопротиЕ ние между электродами сварочной ма L— Щ gp Рис. 114. Вид стыка. сваренного. — ш и н ы . Ом; / — время протекания 1 — без оплавления; тока, с 2— с оплавлением; 3 ч ----- ШЗ ------------> 9 Из-за высокой плотности —грат тока в точ! контакта металл разогревается до термо* пластического состояния, безотавлеинм или до оплавления (рис. II4). При не прерывном сдавливании нагретых дс лей образуются новые точки соприкосновения, и так до тех пор, пока нс пг изойдет полное сближение до межатомных связей, т. е. до сварки Параметрами режима контактной сварки являются ток в амперах и его плотность на I мм2 (А/мм7), усилие сжатия свариваемы» Глава 9. Контактная электросварка 313 деталей Р, время протекания тока, установочная длина вылета ’заготовки — это расстояние от торца заготовки до края электрода. Стыковой кон тактной сваркой можно соединять сечение плота- тью-ю 100000 мм*. Контактной сваркой соединяют рельсы, кольца, валы, трубчатые конструкции, арматуру для железобетона якорные цегш (рис. ! 15), и т д. Рис. 115. Пример применения контактной стыковой сварки эвена якорной цепи Для стыковой сварки плотность тока должна был» 12—2CI А/мм3 — при оплавлении стыка и до 40—60 А/мм3 при осадке стыка. Скорость осадки I—8 мм/с; величину давления подбирают опытным путем, но оно может составлять до I00—350 кг на зону сварки. Сварочные трансформаторы контактных машин — особой конструкции с водяным охлаждением, как и электроды, с той отличительной особенностью, что они выдают ток 1000—100000 А при напряжении всего 1—12 В. Точечная и шовная (роликовая) сварки сходны по принципу, но шовная — это как особый вид точечной сварки, при котором отдельные сварные точки частично перекрывают'друг Apyia, образуя сварной шов (рис 116). Практически это достигается выполнением электрода в виде плоского ролика. Импульсы тока по времени очень малы — менее 1 с, поэтому применяются специальные прерыватели тока. 314 Сварочные работы Рис. 116. Схема шовной сварки: а — двусторонняя сварке; б — односторонняя сварка. 1 — заготовки: 2— электроды: 3 — медная подкладка для токоподводд с нижнего листа Контактные машины включают и выключают со стороны первичной обмотки. В процессе сварки необходимо периодически включать и выключать ток. Для этого применяют различные прерыватели — от электромагнитных контакторов до электронных, а также ионных приборов (игнитронов). Электронные прерыватели обеспечивают включение и выключение сварочного тока с определенной продолжительностью Импульса тока и паузы. В настоящее время в России выпускается большое количество типов различных но назначению машин для контактной сварки Контрольные вопросы к главе 9 • -----------------------------------/ В чем заключается сущность контактной сварки? 2. Перечислите основные виды контактной сварки и сущность процессов. 3. В чем заключаются достоинства и недостатки контактной Глава 9. Контактная шектросварка 315 сварки? 4. Перечислите области техники, где широко применяется контактная сварка. 5. Назовите виды оборудования, на котором выполняется контактная сварка. Глава 10. СВАРКА ТРЕНИЕМ 10.1. Основные сведений С появлением в 1%6 г. сварки трением в инструментальном производстве на заводе, где работал автор, исчезли все проблемы с качеством, а также и излишние затраты. Быстрорежущая с углеродистой сталью концевого режущего инструмента (сверла, фрезы, развертки, зенкеры и т. и.) до сварки трением соединялись контактной стыковой сваркой, от которой был частый и незакономерный брак. Он обнаруживался поломкой по стыку в процессе работы инструмента. Иногда брак обнаруживал ся у партии готового инструмента, а не на одиночных экэемпля Качество стыковой электроконтактной сварки было нестабильн от многих меняющихся параметров, в том числе и от квалифика ции рабочего (навыков) К тому же этот способ сварки нс имс достоверного способа контроля качества сварки стыка. Приходилось иметь дело со многими меняющимися неизвестными. После внедрения сварки трением на машинах МСТ-23, МСТ-35, МСТ-51 в первые же месяцы исчезли все проблемы с обеспечение качества, а производительность сварки увеличилась в 2—3 раза. Сварка трением — высокоэффективный технологический п идее соединения заготовок преимущественно круглой формы из разноображых материалов, в том числе разнородных. Этатехнол" гия 60-х годов полу1!ила быстрое распространение в отечествен н и зарубежной практике. Поводом к этому послужили относител ная простота оборудования, несложность процесса, и очень вы Глава 10. Сварка трением 317 кос качество соединения. Особое преимущество процесса сю экономичность, простота работы. Соединения заготовок при сварке трением обходится намного дешевле, чем, например, при использовании луговой сварки. Правда, сварка трением по сравнению с дуговой сваркой обладает меньшей универсальностью, гак как се можно использовать не для всяких деталей. Однако там, где это возможно, прежде всего в условиях массового производства, по качеству и экономичности этот способ не имеет конкурентов в технологии соединения заготовок. Впервые сварка трением мегашов была практически реализована в СССР в 1956 г в опытах токаря А. И. Чудикова (он приварил сверло к детали на токарном станке). Затем институт ВНИИЭСО разработал основные теоретические положения нового процесса, рекомендации по оборудованию и по практическому применению в производстве. После опубликования в 1957 г. работ ВНИИЭСО по сварке трением многие организации и предприятия стали заниматься развитием и широким внедрением сварки трением. Сварка грен нем — это вращение зажатых заготовок при нагреве их трением с практически мгновенным торможением в конце процесса нагрева, с постоянным б усилием сжатия заготовок при нагреве, увеличенным, но постоянным по величине усилием проковки после нагрева и в Рис. 117. Схема сварки торможения заготовок (рис. 117). трением: а — вращение Основными параметрами режима to = constодной заготовки: б — встречное сварки трением являются скорость вравращение двух заготовок; в щения свариваемых лсталей, величина — вращение средней осевого усилия при нагреве и проковка, заготовки; г —вращение двух крайних заготовок величина осадки при naipcBc, длительность приложения усилия проковки. В практике для определения скорости вращения используют линейную скорость наружного диаметра сварнва- 318 Сварочные работы емых заготовок. При возрастании линейной скорости от 0,38 до 5,2 м/с (конструкционная сталь) температура увеличивается с 550’С до 1240*С. 10.2. Применение сварки трением и режимы Диапазоны применения сварки трением для деталей круглого сечения следующие: сваркой трением можно соединять детали сечением 50—9000 мм* (до диаметра 100 мм рис. 118, 119). Исключительно высокое и стабильное качество, несложность и автоматизации процесса позволяет исключить зависимость качества от квалификации и навыков рабочею. Стабильность режима (табл. 20, 21) сварки позволила сварке трением устранить многие трудности соединения деталей, особенно при изготовлении конце вого режущего инструмента (сверла, развертки, метчики, фрезы), когда соединяется заготовка режущей части типа Р6М5 (дорогостоящая) с хвостовиком из углеродистой стали 45 какого-либо конкретного инструмента. Соединения этих заготовок контактной сты ковой сваркой не обсспе«швало стабильности качества, а отсутствие способов контроля такою соединения приводило к зиму, что почти партиями готовый инструмент оказывался негодным, но обнару Таблица Режимы сварки трением для конструкционных сталей Диа метр свари ваемых заго товок, мм 16 20 30 Линейная скорость м/с, Час Давление, когда 1 тота кгс/см , при Усилие стабиливра максималь- сжатия. зированное кг ной темщения, мини(Г1 пературе мальное гратообраЗОВЛНИО) 2.5 312 4 810 2 1.7 200 180 6 9.5 1890 6715 21» Время достижении устано- Осадка. вившейся мм пластической деформации, с 09 2 2 3.2 2.2 2.6 Деталь Материал заготовки (О 6 1 ЭЕс £ О *ь •4 ГО ШОП S О. | ГО i ГО а§ 2с* « X 5 h Ш RS и С с о. га off |; 5 5 С5 ■s Р И IS Сталь 35 Сталь 45 20 50x2,5 сч Заготовки сверл, Сгаль 45Х Сталь Р6М5 метчиков, (Р18) разверток см V 1960 380 го Сталь 40Х Сталь 20 113 |г5 о 5 § Сталь 45 Сталь 35 г 400 400 400 8 Зэготовки штоков I § £ 1 Сталь 35 к S X ? 82 10000 320 678 678 нагрев 20000 6400 4560 1350 678 проковка Усилие сжатия, кг нагрев проковка 0 ос 0 о m диаметр. мм Частота вращения, С“1 Практические режимы сварки Глава 10. Сварка трением 319 СМ •W го ;,£У сч ГО гг со со 8 § о о <*э 8 320 я х с; ю го Сварочные работы 321 Сварочные pa Рис. 118. Схема изготовления карданного вала дуговой сваркой (а) и сваркой трением (б) Рис. 119. Пример использования сварки трением для окончательно обрабо- тайных деталей; е, б — конструктивное соединение заготовок под сварку, в— сваренные детали в сборке цилиндра жIшилось это лишь тоi jiiif когда был выполнен весь дорогосго никл обработки. Стыковая контактная сварка даже с многие элементы автоматизацией процсч д ненадежна по качеству, ток как нестабильны жима и качества заготовок. 10.3. Оборудование В начальный период развития сварки трением многие прое ные организации и заводы с энтузиазмом принялись создавать!* рудование, средства механизации и автоматизации для сварки т| I* 322 Сварочные работы Рис. 120. Схема компоновки машины для сварки трением: 1 — станина: 2—рабочий шпиндель с приводом вращения и тормозным устройством: 3 — зажимное устройство вращающееся, 4 — зажимное устройство нее решающееся; 5 — привод усилия осевого сжатия Рис. 121. Машины для сварки трением модели МСТ-2001-ГД88 нием. Особого успеха в этом добились автомобилестроители и стан-:] Глава 10. Сварка трением 323 костроители. В настоящее время для сварки трением выпускается более 15 моделей различных отечественных машин, как универсальных, так и специализированных. Особенно широко применяется сварка тренн ем в автомобильной промышленности; начиная err рычага переключения скоростей и до очень ответственных детален, и н инструментальном производстве. В прошлые времена серийно машины для сварки трением (рис. 120), выпускали в Белоруссии, а сейчас в России — самые различ ные организации, в том числе и в отдельных отраслях — для собственных нужд. Хорошо зарекомендовали себя выпускавшиеся ранее машины четкостью в работе и в первую очередь надежностью и долговечностью (более 20 лет) моделей МСТ-23. МСТ-35, МСТ-41, МСТ-51, посейчас они модернизированы с усовершенствованием некоторых узлов в части подшипников и ухтов останова, наприк машина модели МСГ-2001-ГД88 (рис. 121). *} Контрольные вопросы к главе 10 1. Объясните сущность сварки трением и историю ее понял 2. Достоинства и недостатки сварки трением. 3. Назовите область применения в праглышленноепт сварки трё наем. 4. Какие параметры режима сварки трением являются ос поены- Глава 11. ПАЙКА 11.1. Сведения о пайке Процессы пайки применяются нс только в производстве, но и в бытовых условиях. Пайка применяется с давних времен, еще со времен древних римлян. Их припои — церарий почти соответствуют нашему ПОС-ЗО, а ар|ентарий - нашему ПОС-50. Пайка отличается от сварки тем, что припой вводится в промежуток между деталями, и расплаву подвергается только припой, а соединяемые поверхности воспринимают лишь нагрев, так как температура плавления припоя более низкая, чем у соединяемого материала. Припой в жидком виде заполняет зазор между соединяемыми поверхностями под действием капиллярных сил, а затем кристаллизируется и прочно соединяется с основным металлом. Источниками теплоты при пайке бывают электрогшгрев. индукционный нагрев, газовое пламя, паяльник. При пайке припой нагревается на 30—60'С выше температуры его плавления, а основной металл изделия нагреваемся почти до температуры плавления припоя, *гтобы обеспечить хорошую смачиваемость поверхностей припоем и капилляриоегь. Капиллярность — это совокупность явлений, обусловленных силами взаимодействия между жидкими и твердыми телами на их обшей границе, при которых припой засасывается в очень малые объемы, зазоры под действием капиллярных сил. Паяные конструкции широко применяются в технике при производстве всех систем летательных аппаратов, в электротехнике и других отраслях промышленности. Для пайки чаще всего применяются нахлссточные соединения. Ее достоинство — это практически отсутствие коробления и рапноирочность соединений. Глава 11 Пайка 325 Пайка — это основной способ получения прочного соединении пластин из твердого сплайн с корпусом инструмента, разного пи назначению. 11.2. Припои Для пайки металлов применяется очень большое количество марок припоев и флюсов, но в данной книге рассмотриваюгея лини, основные, знание которых позволит решить многие производствен ные и бытовые вопросы. По ГОСТ 17325-79 различают два основных вида пайки: 1. Пайка высокотемпературная. 2. Пайка низкотемпературная. При высокотемпературной пайке температура плавления при поев выше 550'С, а при низкотемпературной — ниже 550еС. В основе высокотемпературных припоев имеется медь, цинк, серебро, никель. В низкотемпературных припоях основой являются сшптец, олопи сурьма. Например, ПОС-18. Г1ОС-30, ПОС-40, где цифра указьпД i процентное содержание олова, а остальное — почти вес свинец. Для легких сплавов припой группы ПОС неприемлем, так к.и большое содержание свинца вызывает сильную коррозию. Требования к припоям. 1. Температура плавления припоя должна быть ниже шмпера ры плавления основною металла 2 Хорошая жллкотскучссть, смачиваемость паяемого металл* способность проникать в шелн к зазоры 3. Хорошая коррозионная стойкость — пс ниже, чем у осноини го металла. Все припои для высокотсмпсрагурной панки можно разделяй на медные, медио-цинковые, серебряные, медно-фосфористые. 1см пература плавления этих припоев от 720 до 980'С. Серебряные при пои имеют температуру плавления 720—870*С в зависимости от марки. У медно-фосфористых припоев рабочая температура до 980"С При пайке мягкими припоями применяют флюсы: хлористый ЦИНК, нашатырь, а когда от соединения нужна электропроводность — используют н качестве флюса канифоль (сосновая смола), иногда даже в растворе анилинового 326 Сварочные работы спирта. Канифоль — это неактивный флюс. Для пайки твердыми припоями применяют флюс в виде порошков, паст, таблеток Основой большинства флюсов является бура, иногда пополам с борной кислотой, но нанлучшие результаты по качеству пайки ласт флюс следующею состава: бура — 71% — борная кислого — 20% - фтористый кальций — 9%. Этот флюс наилучший для пайки твердосплавного режущего инструмен та. Бура и борная кислота должны бьгп. обезвоженными. Для этою их расплавляют (отдельно) при температуре 760“С, затем сливают на противень, после остывания массы ее измельчают в небольшой шаровой мельнице, затем упаковывают н герметичную тару. Учитывая, что бура или борная кислота содержат 48 и 45% (соответственно) кристаллизационной воды, доя изготовления 1 кг <|ииоса необходимо взять: 1,36 кг буры, 0,36 кг борной кислоты и 0,09 кг фтористою кальция. При пайке медных сплавов медно-фосфористым припоем применение флюса не требуется, пайка выполняется хорошо. Этот припой имеет очень высокие прочностные показатели и самое низкое электросопротивление в контакте пайки. При пайке легкоплавкими припоями хлористый цинк выполняет роль активного флюса и еще снижает рабочую температуру флюса. Такую же роль может выполнять фтористый калий и другие щелочные металлы Перед пайкой соединяемые детали т щаггсльно очищают. Порошкообразные флюсы насыпают тонким слоем на очищенные кромки, предварительно иодо1регые. Флюс хорошо прилипает к ним (частично оплавляясь) и нс сдувается пламенем горелки. Таким же способом флюс наносят на присадочный материал. 327 Сварочные работы Пасты и жилкис растворы флюса наносят кистью или обмакивают н них припой. После того как флюс расплавится и заполнит зазоры, а изделие достаточно подогрето, начинают вводить припой. Остатки флюса должны удаляться механическим или химическим путем, например, в 10%-ном растворе серном кислоты с последующей промывкой горячей(60*С)водой. 11.3. Пайка с нагревом ТВЧ Пайка в больших объемах применяется при производстве металлорежущего, горнорежущею инструмента. На Копейском машзаподс разработана автором и внедрена технология изготовления таблеточного припоя и пайка твердосплав- Рис. 122. Установка пайки резцов током высокой частоты 1 — установка ТВЧ; 2—индуктор, 3— стоп вращающийся ных горморсжуших резцов на автоматической установке с применением таблеток. В таблетке с припоем спрессовано нужное количество флюса 328 Сварочные pal (трехкомпонентного). Нагрев резца до температуры ШГС выполняется токами высо- кои частоты (ТВЧ) в специальном индукторе (рис. 122), аде от теплоты резца расплавляется таблеточный припой и производится напайка рабочей вставки (керна) резца, состоящей из вольфрамокобальтового твердого сплава ВК8 (рис. 123). В качестве припоя использовали припой ПМНМц-68-4-2. Рис. 123. Горнорежущие резцы 11.4. Марки припоев Рассмотрим наиболее важные марки припоев, которые выпускаются промышленностью и которые чаше других необходимы в производстве. Припой 1147: мель — 62—64%; марганец 8—10%; олово — 3—5%; цинк — остальное. Температура плавления — 760—810"C 11рочность на разрыв — 42 кгс/мм7, на срез — 29—31 кге/мм2. Предназначен для панки твердосплавною инструмента, высокопрочных сталей, компрессоров холодильных установок и т. д. Припой МФ 7: мель — основа, фосфор — 7,0-7,5%, примеси — до 0,2%. Температура плавления — 707—820’С. Предназначен для пайки конструкций из меди при произв стае Глава 11 Пайка 329 трнсформаторов. электродвигателе*! большой мощности, гене раторов, шинопроводов и т. л Припой П14 (ПМФОЦр-6-4-0,03): медь — основа, фосфор — 5.3 - 6,3%; олово 3,5—4.5%. Предназначен для пайки серебра, меди, медных сплавов. Применяется для пайки теплообменников холодильников, кон^ днцнонерон, бытовых смесителей, электрических машин больше мощности и т. д. Флюс ФК-235 — предназначен для пайки меди и ее сплав стали, никелевых сплавов, твердых сплавов. Температура плавления до 320'С, температурный интервал активности 450-8504 •} Контрольные вопросы к главе 11 я /. Сущность и условия панки металлов. 2. 3. 4. 5. 6. какие виды и способы пайки применяются и маишноапрос Способы пайки твердосплавного инструмента. Какие припои применяются при пайке? Какие флюсы применяются при пайке? Область применения пайки в промышлености. Глава 12. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 12.1. Развитие металлических конструкций 11римснение железа насчитывает уже много столетий, но настоящее вторжение железа в технику произошло на рубеже XVIII и XIX вв. В 1818 г. было спущено на воду первое железное судно «Вулкан». Спустя четыре года, в 1822 г. между Лондоном и Парижем начал курсировать созданный также в Англии первый железный пароход. Первая железная дорога была введена в действие в Англии в 1825 г., а в России первая железная дорога Петербург— Царское Село начала работать в 1837 г. Железо для изготовления металлических конструкций до XVII в. производилось в России в небольших количествах кустарным способом. В 1698 г указом Петра 1 был основан первый государствен ный металлургический завод в Невьянске, положивший начало промышленной металлургии. Железные элементы строительных конструкций в виде скреп - затяжек для восприятия распора каменных сводов начали применяться в XII—XIV вв. (Успенский собор во Владимире, XII и.). В XVII в. появляются первые несущие железные конструкции в виде каркасов куполов (колокольня Иван Великий в Москве, 1600 г.) и железных стропил (перекрытие Архангельского собора в Москве, перекрытие над трапезной Троице-Сергиевой лавры в г. Сер гнев-Посад). В XVIII в. был OCROCH процесс литья чугуна для строительны* целей и Глава 12. Изготовления сварных конструкций 331 стали внедряется чугунные несущие конструкции. Первый чугунный мост в России был построен в 1784 г. в парке Царскою Села под Петербургом, через5 лет после сооружения передо в мире чугунного моста через р. Северн в Англии. В XIX в. мостовые конструкции становится ведущими среди других меттилических конструкций. Инженер С.В. Кер6едз(1Х10—1899) построил первый в России железнодорожный мост через р. Лугу с пролетными строениями и * сквозных ферм. Инженеру Л И Журавскому (1821—1891) принадлежат теория расчета раскосных ферм и теория скалывающих напряжений при изгибе. Профессор Ф.С. Ясинский (1856— 1899) разработал методы расчета на устойчивость металлических стержней, что позволило расширить применение стальных конструкций. Профессор Н А Белелюбский (1845 -1922) создал метрически и сортамент стали, улучшил конструкцию мостовых (jK-’рм, применив в них раскосную решетку. По его проектам построено много мостов, наиболее крупными из которых являются Сызранский м<нгт через Волгу, состоящий из 13 пролетов длиной по 107 м, и мосты Сибирской магистрали. В начале XIX в. н металлических конструкциях начинает при меняться сварочное железо, а в 40-х голах появился прокат в виде фасонного железа, двутавровых балок и листа. Постепенно металлические конструкции начинают приобретать современные <|юрмы Для соединения элементов применяются заклепки. В промышленном строительстве XIX в. металлические кона рукции широко применяются для перекрытий. В конце веко пояил лись мостовые грузоподъемные краны в цехах заводов. В начале 30-х годов XX в. для соединений металлических конструкции начата применяться сварка, которая к 40-м годам получила широкое распространение. Сварка резко продвинула развитие металлических конструкций: конструкции стали легче, снизила! и трудоемкость изготовления, упростились соединения и конструктив- пая фирма. Большой вклад в теорию металлических конструкций внес академик ВТ. Шухов (1853— 1939), руководивший первой организацией, специализированной на проектировании Металлических конст- рукции, а также академик Г.О Патон. 332 Сварочные работы Особая роль принадлежит профессору Н С. Стрелецкому (1885— 1967), автору ряда фундаментальных идей и разработок по предельному состоянию конструкции, основам их расчета и проектирования. Он являлся создателем и руководителем школы проектирования металлических конструкций. В XX в. изготовление различных металлических конструкций с помощью сварки стало практически массовым Сварные конструкции бывают машиностроительные, строительные и технологические. Д о с т о и н с т в а сварных конструкций перед клепанными: • экономия металла, электроэнергии и трула; • сокращение сроков изготовления и меньший вес консутркций; • возможность наносить слои определенных составов для получения нужных свойств конструкций (ГТО износостойкости, жлро- и коррозионной стойкости, антифрикционности и т. д.). К н е д о с т а т к а м относятся пониженная долговечность сварных конструкций при вибрационных и знакопеременных рабочих ншрузках, а также невозможность получения надежных сварных соединений из некоторых разнородных металлов. В этих случаях ло сих пор оправдано применение клепаных конструкций. 12.2. Основы проектирования конструкций При разработке проектов сварных конструкций необходимо обеспечить комплекс общих и специальных требований по точности, экономичности и рациональности. Главное требование — это соответствие эксплуатационному на1наченик>. Конструкции должны бытьпрочиыыи, жесткими и надежными, а также экономичными и минимально трудоемкими при изготовлении и монтаже. Каждая конструкция проходит три этапа: проектирование, из- 1 отопление и сборку (или монтаж). Проектирование начинается с вариантов компоновки возможг ных схем конструкции и заканчивается методами изготовления., сборки или монтажа. Конструкция должна обладать устойчивостью долговечностью, Глава 12. Изготовления сварных конструкций 333 надежност ью — по показателям наработки; ремонтопригодностью и технологичностью изготовления. На этапе проектирования решают следующие вопросы, выбор вариантов изготовления способов сварки, расчет качества к точ- ности заготовок и конструкции D целом, возможность механизации сварочных процессов, технологическая простота деталей, загоювок с возможностью применения более производительных процессов из ГОТОШ1СНИЯ (например, резка на ножницах, пробивка, вырубка ил прессах производительней газовой и плазменной резки). На этом этапе выполняется проработка чертежей всех деталей и заготовок, определяются требования к ним и к конструкции в целом. При проектировании также решается вопрос выбора материя лов по марке и экономичности профилей, с учетом имеющихся гн новых схем к конструктивных элементов. Конструктивно предусматривается минимальное воздействие от деформаций при сварке путем применения наименьшего количества сварных швов (втом числе в одном месте), максимальное использование сварки в никнем положении при минимуме кантопок. Следует учитывать, что на одной несущей конструкции нс до пускается применять по противоположным концам и спарку и клеи ку, так как эти два способа по-разному распределяют воспритпг маемую нагрузку, в особенности знакопеременную. При проектировании также решаются вопросы сборки, мот л жа готовых конструкций. Понятие телнолопгшостп сварной конструкции — это возмил ность изготовления всех деталей конструкции и се с наименьшими трудовыми затратами удобными способами и с применением самого производительного оборудования, например штамповка деталей вместо кислородной вырезки, и т. и. Мелкие или самостоятельные сварные конструкции называются сварными узлами. Сварной узел — это часть конструкции (необязательно сварной), представляющей собой соединение двух или нескольких деталей при помощи сварки. При проектировании, а также при изготовлении сварных конструкций необходимо помнить, что очень большие внутренние напряжения (иногда — до частичного саморазрушения) возможны при сварке электрозаклепками, 334 Сварочные работы поэтому слелусг избегать таких соединений, применяя иахлсеточную сварку' либо в широких прорезях, либо в отверстиях нс менее, например, диаметра 30 мм при толщине верхнего листа 8 мм. 12.3. Структура и прочность стали Прочностные показатели стали очень зависят от состояния структуры, количества и сочетания легирующих элементов Недостаточные знания в этой области металлургии в свое время не позволяли длительное время изготовлять орудийные стволы из стали, так как стальные стволы пушек при пробной стрсльСч; нередко разрывались. Поэтому орудийные стволы делались из пушечной бронзы (сплава меди с 9-10% олова). И лишь когда русский, один из основоположников науки о строении и термической обработки стали, Д.К. Чернов в 1868 г. открыл существование у стали критических температурных точек и зависимость их от содержания углерода, были решета принципиальные вопросы качества в технике, и не только для орудийных стволов из стали. Работа стали характеризуется поведением ее при нагрузках вплоть до разрушения. 12.4. Свойства стали при растяжении Между напряжением и удлинением на первоначальном этапе испытания, т. с. в зоне пропорциональности (аяц), когда остаточное удлинение отсутствует, В зависимости от нагрузок сжатия или растяжения стали вслуз себя а после сня тия нагрузки образец занимает прежнюю длину, имеется по-разному. Это очень пажно учитывать при разработке сварных зависимость, называемая законом Гука, когда о - Ее, где Е — коэффициент конструкций. пропорциональности между напряжением и удлинением, носящий название Поведение стали под нагрузкой наглядно отображается лид- граммами модуля упругое ти. Для большинства сталей Е = 21 кге/мм 2. Линейная связь работы стали на растяжение и сжатие, где выражена вели» чина удлинения в между напряжением и удлинением сохраняется до величины ^-20 кгс/мм1 и зависимости от прилагаемой нагрузки (рис. 124) При растяжении образца соответствует пределу пропорциональности омц. Несколько выше агина Iрафике силой Р (кге) образуется удлинение его Д/. Увеличивая силу и замеряя лежит предел упругости о^, соответствующий той деформации (примерно е = удлинение, можно построить дн аграмму работы стали на растяжение и сжатие 0,2%), которая практически полностью исчезает после снятия с образна в осях координат испытательной нагрузки. Предел упругости о ограничивает (указывает) область упру- юй работы а =“ ие= -j- • 00% э материала. Когда при дальнейшей нагрузке образца наступает момент удлинения его без увеличения нагрузки, т. с. металл течет, это называется точкой предела текучести ат Область работы материала между оум и о, является областью упруго-пластической работы. 12.5. Свойства стали при сжатии Знание характера работы стали при сжатии позволяет грамотно решить вопросы надежности сварных конструкций с учетом коэффициента запаса прочности, который в принципе правильнее назвать коэффициентом незнания. Многие факторы влияют на работоспособность, прочность сварных конструкций, которые либо мало изучены, либо вообще невозможно определить, например, величину внутренних напряжений после сварки, или влияние отрицательных температур на сварку и качество. Пол работой стали на сжатие понимают работу на сжатие коротких элементов, которые не могут потерять устойчивость, т. с. получить изгиб на длине. Рис, 124. Диаграммы работы стали при растяжении и сжатии: 1 — диаграмма сжатия металла; 2— диаграмма растяжения металл*, о. — времонное сопротивление стали при разрыве (низхоуглер сталь) где с — напряжение в образце, кге/мм2; F первоначальная площадь сечения образца, мм2; е — относительное удлинение, %; / — первоначальная длина образца. Сварочные 336 336 Сварочные работу- 33S Глава 12. Изготовления сварных 337 конструкций работы Глав*? 12. Изготовления сварных конструкций Напряжение в сжатом элементе определяют так же, как и в рас тянутом а =~р кге/мм2. Диаграммаработы стали на сжатие отличает ся от диаграммы растяжения лишь во второй половине (см. рис. 124) Вначале сталь при сжатии fjejieT себя так же, как при растяжении 'гот же модуль упругости, совпадение пределов пропорциональности, упругости и текучести. В дальнейшем происходит раздвоение диаграмм: временное сопротивление сжатию получить у мягких малоуглеродистых сталей нс удастся, материал сплющивается, wx принимая все большую нагрузку. В последующем у мягких стапсЛ появляются трещины по периметру образца, иысокоуглсродисгыг хрупкие стали разрушаются по наклонным плоскостям. Ввиду того, что в упругой и упруго-пластической стадиях сталь ведет себя одинаково, соответствующие расчетные характеристик и ее принимаются также одинаковыми. Повышенная несущая способность при сжатии в области ы моупрочнения используется при работе стали на смятие (ежапн коротких элементов, которые не могут потерять устойчивость) И этом случае расчетное сопротивление принимается более высоким, чем при растяжении и сжатии. 12.6. Понятия о расчетах прочности Достоверность прочностных расчетов зависит от учета всех фль торов нагрузок, и особо от правильности выбора расчетных схем,: Расчеты прочности сварных конструкций и отдельных элем см тов их сводятся к определению напряжений в опасных (самых ил груженных) сечениях деталей и узлов. Существует два основных MI тош расчета конструкций: но допускаемым напряжениям и по щ* дельным состояниям При расчете по допускаемым напряжениям условие прочит т должно соответствовать а — |п|, где а — напряжение в опасном сечении изделия, |о| — допускаемые напряжения, которые ссхп.т ляют некоторую часть от предела текучести с учетом запаса ко фициента прочности л, т. е. |сг| = “ , где ot — предел текучести. Скобки | ] обозначают слово «допускаемое*». Для конструкций с разным назначением коэффициент запаса прочности различен и принимается равным от 1,5 до 6. Болесточным методом расчета прочности, учитывающим условия работы, однородность материала конструкции, внешние посторонние воздействия (ветер, вола), является метод расчета по предельным состояниям. Ма достоверность результатов расчета существенно влияет правильность определения нагрузок и выбора расчетной схемы. На эти факторы влияют инженерный опыт и техническая логика. В металлоконструкциях металл должен быт ь пластичным и разрушения должны происходить со значительными пластическими деформациями. Понятие выносливости — это разрушение металлоконструкции при вибрационной, знакопеременной нагрузке, причем иногда при напряжениях ниже предела текучести, хрупко, без заметных дсс)юр- маций (как, например, пружины и т. д.). Чем меньше концентраторов внутренних напряжений, тем выше вибрационная прочност ь (это, например, сварные стыковые соединения с плавным переходом шва к основному металлу). При расчете конструкции но предельному состоянию условие где N — расчетное г усилие; F — площадь сечения, R расчетное сопротивление материала, кге/мм7; т— коэффициент условий работы, который учитывает степень ответственности конструкции, жесткость узла. Сварные швы на прочность рассчитывают по формуле N = Т^ЙГ-где N — расчетная продольная сила, действующая на соединение, кг; /^в— расчетное сопротивление сварного стыкового соединения растяжению или сжатия, прочности должно соответствовать /V Рис. 125. Сечение углового шва 338 Соарочные работ* 1 кгс/мм2; S — толщина металла стыкового соединения, /(|| — длина шва. Угловые ижы рассчитывают по формуле N *=■ О^КЛ^, где К — катет шва; коэффициент 0,7 учитывает длину опасного сечения п угловом шве, так как шов разрушается не по катету, а по опасному сечению (рис. 125). Зона /—/ предполагаемого разрушения короче, чем катет К, .\ длина этой зоны составляет примерно 0,7 от К. В расчетах прочности усиление швов во внимание нс принимается. Пример I Стыковой шов пластин тол ши ной 20 мм, с длиной Шва = 300 мм сталь ст. 3. Определить расчетное раепп и ваюшес усилие П(предельное состояние). Решение: Ы= Sl^ IF”, где Л" — расчетное сопротивление равнопрочной» шва при растяжении, берегся из таблиц. Для стали ст. 3 Rc* = 2ИЮ кгс/см* = 21 кгс/мм2. Расчетное растягивающее усилие составит Л' = 2 см 30 см 2100 кг/см3 = 126000 кг = 126 т. Пример 2 = 15 кгс/мм2. Проверить условие равнопрочно сти угловых швов таврового с седине ния и определить величину растягива юнтего расчетного усилия К для S= 2 ем /ш = 30 см. /V = ? Л = ? Решение: /V-0.7-2K /^; N=\A *К/МЛ“ по таблице Я*у. = 1500 кгс/см1 * Расчетное усилие УУ= 2 см • 30 см *2100 кгс/см2 — 126 000 м 339 Глава 12. Изготовления сварных конструкций Это при -= 2I00 кгс/см*. /V 1,4 А Ш Лу 126000 1,4 пен КГ 2 см = 20 мм. 30* 1500CMJ Для обеспечения условий равнопрочное!и К= 20 мм, значит, раннопрочность обеспечивается при данном катете шва. 12.7. Устойчивость сжатых стержней (стоек) Устойчивость сжатых стержней и стоек является очень важным и непростым элементом науки сопротивления материалов. Недостаточные познания в теории устойчивости сжатых стержней в недалеком прошлом приводили к большим утратам при разрушении строений, особенно мостовых конструкций. Устойчивость — это работоспособность длинных и тонких стержней, работающих на сжатие, а также тонких пластин, подверженных сжатию силами, лежащими в их плоскости, и оболочек, испытывающих внешнее давление и осевое сжатие. Потеря устойчивости при критических значениях (запредельных) нагрузок — это резкое изменение формы, характера деформации (прогиб). Условности и допущения Несущую способность сварной конструкции определяют по напряжениям, вызывающим текучесть, т. е. когда от > |о|. Коэффициент запаса прочности по пределу текучести при статических (постоянных и равномерных) силах -1,5—6. При упрощенных расчетах этот коэффициент повышается. Расчетное сопротивление R определяется либо делением oi на коэффициент запаса прочности A't по наступлению текучести, Я % , либо по разрушающему напряжению — временное соттротинле- 340 Сварочные работы лис при разрушении и по Кп — коэффициенту временного соприо„ тивления, тогда R = , причем Кш всегда больше Кг примерно на 30%, так как а = 0,7ом. N — расчетное усилие. Физический смысл коэффициента запаса прочности — это коэффициент объективного незнания наукой всех действующих факторов на конструкцию, в том числе изменения свойств материал#' при колебаниях химического состава, влияние различных но характеру и природе нагрузок в комплексе и многое другое. Обычно расчет выполняется по предельному состоянию. R при- нимастся -0,9 а металла. /V Условие прочности —^niR. Долускае- мое продольное усилие | /V) = R— F. Допускаемый момент на але- Глава 12. Изготовления сварных конструкций — —■ <|oJp <р, где Р продольная сила в стойке; F— площадь по- F перечного сечения; ф — коэффициент продольного изгиба. / Величина ф зависит от гибкости сжатого элемента Х-~ и рода материала. Радиус инерции г— Коэффициент продольного изгиба берется из таблиц в зависимости (т. с. под соответствующее показание X = ~) ог результата X мент |М] — R— N, где п — коэффициент возможной перегрузки. т — коэффициент условий работы, учитывающий условия работы целых конструкций и отдельных элементов. Произведение R ---------------- п это величины допустимого напряжения; [с]р — устанавливается обобщением опытных материалов. Коэффициент т берется по С НиП у (строительные нормы и правила): т — 0,9 в колоннах жилых и общественных зданий, в подкрановых балках грузоподъемностью более 5 т; т = 0,8 — в сжатых основных элементах ферм при ик гибкости X > 80; т = 0,75 — в сжатых элементах ферм из одинаковых уголков; т — 0,6 — для самого худшего случая. Расчетное сопротивление /?для сталей: сталь 30 2100 00Г2 2600 09Г2С 2600 15 х СИД 3400 10 х СНД 4000 Через R и п учитываются еще и ветровые нагрузки и много» другие факторы. Сварные стойки при цен тральном сжатии рассчитывают на ус тойчивоегь по допускаемым н а п р я ж е н и я м по формуле о - , где /— м перечного сечения в стойке в направлении наименьшей жесткости (часто берут из таблиц); F— площадь сечения. Для стоек /, 2, 3 (рис. I26) гибкость X равна: Л 2И 0,5 А для /X —; для 2 X = —; для 3 X = —— - П Сталь R. кгс/см2 341 Рис. 126. Расчетные схемы /— длина стойки; Ь — высоп^а стенки сжатого элемента; Р— продольная сила нагрузки Сварочные работы 342 и марки материала по прочностным показателям, т. е. коэ<{>фицн- ентср берется из специальной таблицы с учетом определенной ги& кости X. Например: при X = 0, ф = 1; при X = 30, ф - 0,94; при X = 60, ф = 0,86; при Х= 100, ф ~ 0,6. Следует иметь в виду, что допускаемое напряжение на устойчм вость зависит не только от рода материала, ио и от ряда других фак торов: длины стойки, формы и размеров поперешюго сечения, ш вида закрепления концов стержня. Поэтому любые лк» стержня будут иметь различные допускаемые на устойчивость напряжения если они хоть чем-то отличаются друг от друга, например, два совершенно одинаковых стержня, по-разному закрепленных. Коэффициент <р носит название коэффициента снижения допускаемого напряжения (ф < J) Его берут из таблиц н записи,моего от показателя гибкости X, который п этой же таблице. Таблицы слс* лани для разных материалов с целью упрощения расчетов. Величину упругости [4 можно определять упрощенно, через ко эффициент ф. [о], = <р|а|„. При расчетах по заданному ф в первом приближении определи 14 Ф ют требуемую площадь поперечного сечения стойки F- = Подбор делают несколько раз методом последовательных прнбдп» жений, проверяя напряжения по формуле. До»|усгимая погрешносТ» ± 5%. Эта удлиненность расчета имеет обоснованное объяснение В практических расчетах на устойчивость чаше всего причп дится решать задачи определения допускаемой на устойчивость нагрузки и подбора сечения стержня. Для решения первой задачи из этих двух необходимо по формуиг |с|? = (ol^ найти величину [о)у, для чего предварительно следует ии Глава 12. Изготовления сварных конструкций 343 редслить гибкость стержня Л. Допускаемую нагрузку после этого находят умножением (о1г на площадь ссчсния стойки: Р№п = 1а|^ F. Несколько сложнее решается задача о подборе сечения сжатою стержня Дело птом, что, в отличие err задачи определения сечения по прочност и, из условия устойчивости -р s |ог|у нельзя рассчитать необходимую площадь F. В самом деле для этою F из условия устойчивости нужно знать 16], но допускаемое на устойчивость напряжение находится по формуле 1<у|у = [с]^ через коэффициент <р. Для отыскания же ер надо знать гибкость стержня X. Из формулы / X ~ — видно, что гибкость можно найти, если будет известен г, т. с. если будут известны форма и размеры сечения. Таким образом, получается, что в условии устойчивости два неизвестных: плошадь сечения и допускаемые напряжения, и непосредственно сразу определить ^нельзя. В связи с этим задачу о подборе сечения сжатой стойки решают методом последовательных приближений. Суть его состоит в том, что задают произвольно площади сечения (или коэффициент «р или |о|у), а потом проверяют, подходит ли это сечение. Если с первой попытки в стойке получается перенапряжение, го площадь сечения увеличивают, если недонапряженис (а это неэкономично) — уменьшают. Точность приближен ии-сравнен и й ± 5%. Пример Стойка должна нести сжимающую нагрузку 18 т. Допускаемое напряжение 1а](;ж= 1500 кгс/см2. Подобрать двутавровое сечение. Р е ш е н и е: Берется, например, двутавр № 20, у которого F - 26,8 см2, г= 2,07 см. 18000 Напряжение в стойке будет о од~ =_ Находим nf6Kocrb X и коэффициент <р. : 670 к»с/см2. Сварочные работы 344 0,7 360 X- 2 07 “ 122; «р (из таблиц) — 0,44; |а]> = 0,44 - 1500* = 660 кгс/см*. Действительные напряжения в стойке почти равны допускас* мым напряжениям на устойчивость. Перенапряжение составляет , ^=670-660 100%= 1 5 % (•(•0 12.8. Технология сварочного производства Сварочное производство имеет свои специфические особенности и приемы по сравнению с другими процессами формообразош» мня металла в связи с наличием комплекса рахчичных технологи ческих операций по изготовлению сварной конструкции в закон ченном виде. Комплекс состоит из следующих операций: 1 — заготов!ггсльные (в том числе сдробе- или мескоочисткой): 2 — сборочные; 3 — сварочные; 4 — отделочные; 5 — вспомогательные; 6 — контрольные. Каждая из перечисленных операций содержит определенный ши работ. Заготовительные операции предусматривают изготовление зшо товок и готовых деталей для сварных узлов различными способами Резка механическая и рубка — выполняются на листовых и комбинированных ножницах. Резка заготовок термическим способом осуществляется ручной и машинной кислородной и плазменно-дуговой резкой. Пробивку отверстий, гибку деталей и вырубку уступов прот- водят на механических прессах, в специальных штампах; току в штампах иди нагкбочных станках. Правка заготовок, полое, листов выполняется на вальцах» мг. конических и гидравлических прессах. Зачистку заусенцев, окалины, ржавчины делают и галтовочных барабанах, либо лробсочметкой, а иногда — вручную. Часто заготовки проходят различные виды механической обработки — Глава 12. Изготовления сварных конструкций 345 точение, строгание, сверление, фрезерование, когда это требуется по чертежу. Заготовки часто подвергаются правке (рихтовке) на гидравлических прессах и механических — фрикционных. При холодной гибке необходимо соблюдать условие, когда внутА R реяний радиус гиба R > 255 „ ( и л и — > 25), чтобы нс было трс'м о тин. Сборочная операгргя — предусматривает сборку и прихватку деталей перед сваркой. I? процессе сборки летали закрепляют прижимами (рис. I27) в приспособлениях, на стендах, а иногда устанавливают вручную по разметке перед прихваткой. Назначение приспособлений — обеспечивать быструю и точную сборку, стыковку элементов с удобством прихватки и последующей сварки с максимальным количеством сварки в нижнем положении. Приспособления являются изделиями индивидуального производства, так как имеют конкретное назначение. Несмотря на их большое конструктивное разнообразие, правила конструирования приспособлений имеют обшиезакономерности и основы базирования деталей и узлов. Требования к сварочным приспособлениям 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Удобство работы и доступность прихваток. Обеспечение надежности сборки и большой срок службы. Обеспечение качества сборки и прочности оснасти. Минимум поворотов при сборке, прихватке, сварке и свободный съем узла. Обеспечение быстрого отвода тепла от места сварки для уменьшения коробления. Быть ремонтопригодным, безопасным. Исключение каких-либо подгоночных работ при сборке. Фиксироваться детали при сборке должны независимо друг от друга. Сведения о базировании деталей в приспособлении Б а з и р о в а н и е — это определенное положение деталей в узле относительно друг друга, рабочего инструмента, сварочного оборудования (сварочной дуги, пламени горелки, электродов контактных машин). В приспособлениях чаще имеют дело с установочным и 346 Сварочные роботы базами. У с т а н о в о ч н а я б а з а — это каждая iювсрхность детали, которой она соприкасается с установочными поверхностями приспособления. Любое твердое тело имеет шесть степеней свободы: перемещение в направлении трех координатных осей X, К 7. и вращение (поворот) относительно этих же осей. Для базирования любой детали требуется выполнить правило шести точек: чтобы придать детали вполне определенное положение в приспособлении, необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек, лишающих дет ель всех шести степеней свободы. Опорные точки материализуются различными конструкциями установочных элементов. В связи с тем, что при сварке электрическая дуга, пламя горелки и т. п. не оказывают на собранные детали силового воздействия на сдвиг и нодобы, крепить некоторые детали во многих приспособлениях нс обязательно. При установке деталей недопустимо использовать более шести опорных точек. Лишние опорные точки препятствуют правильной установке летали и при закреплении ее по- ложенис может нарушиться. Поверхность детали етремя опорными точками называется главной базирующей; боковая поверхность с двумя точками — напри» ляющей. торцевая поверхность с одной точкой — упорной. Чем меньше степеней свободы гребустся связать при базировании детали, тем проще конструкция приспособления и ниже его стоимость Однако при упрощении базирования точность сборки снижается. В производстве чем больше серия изготовляемых деталей, ICM выше степень механизации сварочных операций. Универсальные приспособления бывают переносные и стационар ные. Элементы прижима зашговок в приспособлениях перед прихшн кой применяют различные: рычажные, эксцентриковые, клиновые, Глава 12. Изготовления саарных конструкций 347 стяжки, струбцины, пневмо- и гидравлические прижимы (см рис. 127). Стационарные приспособления — по функциональному назначению бывают самые различные, но они также имеют определенные виды прижимов. Операции сборки под сварку зачастую нс представляют особых технических трудностей, но порядок и количество прихваток, а также их размеры влияют на качество сварной конструкции в целом. Прихватки должны быть длиной нс более 20 мм, сечением 0,5 от сечения будущего шва и только в перекрываемых участках шва. Сварочный ток при прихватках должен быть выше сварочного на 20%, чтобы обеспечивался четкий провар при прихватке. Прихватки нужно выполнять «вразброс* — по логике ожидаемых деформаций и внутренних напряжений. Сварочные операции — выполняются вручную электродами, полунетоматической и автоматической сваркой — в зависимости от условий работы, конструктивных особенностей изделия. Для удоб- Рис. 127. Схемы механических зажимных устройств’ а. б.г.е — винтовые; в. д — эксцентриковые: ж. з, и — рычажные ства и облегчения сварочных работ промышленностью выпускается много наименований вспомогательного сварочного оборудования, различного но назначению, и возможностям и грузоподъемности Сварочные работы 348 Позиционеры, кантователи различные (в том числе цепные) —:<, только поворачивают изделия в нужное положение. Манипуляторы (рис. 128) обеспечивают различный угол накло на изделия и поворота его в нужную позицию, ре!улирусмую (сна речную) скорость вращения планшайбы (стола), а также маршевую скорость — для ускоренного поворота — вращения закреплен- ного на планшайбе сварного узла. Все вращатели, манипуляторы и позиционеры имеют электропривод с редукторной группой. Грузоподъемность манипуляторов от 60 кг до 8 т (десять различных типов). Манипуляторы специального изготовления — до 1001 Позиционеры имеют фуэойодьекшостьот 0.5 до 4 т и обеспечивают Рис. 128. Манипулятор (с электроприводом) типа УСМ-1200 только маршевую скорость при установке узла в удобном положении для сварки. кантователи (рис. 129) обычно применяются для поворота luv цилиндрических изделий вокруг оси. В зависимости от веса оМр кого узла они бывают с ручным и электроприводом. В серийном производстве часто применяются кондукторы iiu рочные ДЛЯ некрупных УЗЛОВ, В которых производится сборка, «I жим деталей, затем — сварка в зажатом состоянии. Глава 12. Изготовления сварных конструкций Наименование и вид Эскиз 349 Область применения Роликовые опоры а — стационарные. б — передвижные (ручные и механические) Для сварки тяжелых узлов и изделий, цилиндров, балок, сосудов Поворотный стенд ручной механический Для сварки средних узлов и деталей Цепной тель Для сварки I ромоэд- ких и длинных изделий кантова- Манипулятор: а — ручной, б — механический Для сварки мелких и средних деталей в крупносерийном и массовом производстве Рис. 129. Поворотные приспособления для сборки и сварки изделий 3S0 Сварочные работы Основой приспособлений яачяется жесткое основание со стойками, на которые устанавливаются прижимы, прихваты и т. д. Сварочное производство подразделяется на следующие виды: единичное, мелкосерийное, серийное, крупносерийное. При серийном производстве — специальные поточные линии с отдельно расположенными рабочими местами и иногда связанными между собой транспортными средствами. Ритмичность л и н и и обеспечивается за счет накопителей и промежуточных складов Широко применяются высокопроизводительные приспособления, полуавтоматы и автоматы для сварки. Примером такой л и н и и может быть линия по производству пропановых баллонов с автоматической сваркой под флюсом стали толщиной 3 мм на остающейся подкладке. Крупносерийное производство, например, сборка, сварка кузовов автомобилей, дисков автомобильных колес грузовиков, производство сварных труб большого диаметра, бытовых титанов, ог нетушителей. различных сварных узлов автотракторного производств. ЭТОТ вил производства оснащен и механизирован более совершен иымн средствами сборки и сварки. Общее правило для процесса сварки — это равномерное тепл»»* распределение (тспловложсинс) от душ по всему сварному узду небольшими дозами, а значит, грамотная очередность и протяженность наложения всех швов, и по возможности большая скорос ть сварки хотя и сечение шва будет невелико. Наложением последующих слоем катет шва доводят до размера. При большой скорости сварки мен»# ше погонная энергия, величина которой влияет на деформации и внутренние напряжения, а также лучше структура шва (мелкое эср но). Многослойная сварка неширокими швами значительно улуч шает сварное соединение по многим причинам. Эта рекомендации проверена автором на производстве при сварке различных н.нру жен ныл узлов из ограниченно свариваемых сталей без применении подогрева и отжига. Глава 12. Изготовления сварных конструкций 3S1 Отделочные операции предусматривают различные виды зачистки, а также иногда термическую обработку — отжиг после сварки, механическую обработку узла и т. л. Вспомогательные операции — это работы по наладке оборудования, аппаратуры, доставке различных сварочных материалов, зранспортно-склааскис работы, очистка с перемоткой сварочной проволоки и другие подобные работы, связанные со сварочным производством. Кош рольные операции включают в себя входной кон троль материалов, контроль качества заготовок, деталей, идущих на сборку- сварку. конзроль состояния аппаратуры и оборудования, контроль сборки иод сварку и сварки и ко!гтроль окончательно готового сварного узла, изделия. 12.9. Технологическая документация В сварочном производстве используется различная технологическая документация, например, технолоюческие инструкции, руководящие документы — РД и т. д., но основным и главным для рабочего и контролирующею персонала являются технологические процессы. Они содержат описание всех выполняемых работ при изготовлении сварного изделия с указанием всех приемов, режима, последовательности выполнения операций и переходов. Основные требования к техпроцессу — это обеспечение качества изделия и производительности, наличие всех данных для нормирования трудовых затрат и обеспечение безопасности выполняемых работ. Технологические операции описываются на специальных бланках в определенной последовательности и сшиваются, образуя технологический процесс. Все эти разновидности бланков соответствуют различным стандартам по форме. Технологический процесс состоит из следующих бланков. !. Титульный лист, ГОСТ 3,1105-84. 2. Ведомость оснастки. ГОСТ 3.1122-84. 3. Маршрутная карта, ГОСТ 3.1118-82. 4. Карш эскизов ГОСТ, 3.1105-84. Сварочные работы 352 5. Операционная карта, ГОСТ 3.1404-86. 6. Комплектовочная карта, ГОСТ 3.1123-84 7. Правила отражения техники безопасности; ГОСТ 3.1120-83. 8. Формы и правила оформления документов на технологические процессы раскроя материалов, ГОСТ 3.1402-84. В зависимости от типа технологического процесса употребляются определенные бланки, но, как правило, в каждом технологическом процессе всегда присутствуют бланки номеров: 1 . 2 , 3, 5, 6, 7. Стандартом (ГОСТ 3.1705-81) установлены правила записи операций и переходов сварки и определены термины (слова, которыми нужно пользоваться, а также допустимые термины) при написании в технологических процессах, например, опаять», «сварить»', «прихватить», «приварить», «заварить» и т. д. Стандарт (1'ОСТ 3.1129-93) определяет общие правила записи технологической информации в технологических документах на технологические процессы и операции, а также правила оформления маршрутных карт (ГОСТ 3.1118-82). ГОСТ 3.1109-82 предусматривает термины и определения операций и переходов технологических процессов изготовления и ремонта изделий машиностроения. 11опятия о технологическом процессе 1. Технологический процесс — это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению состояния предмета труда. К предметам труда относятся заготовки и изделия. 2. Технологическая операция — это законченная часть техноло! и чсского процесса, выполняемая на одном рабочем месте. По степени nojipofoiocni описания технологического процесса употребляется: I. Маршрутное описание технологического процесса (маршру» iibiif техпроцесс) — это сокращенное описание всех тсхнбно гичсских операций в маршрутной карте в последовательно! ти их выполнения без указания переходов и технологически* режимов. 2. Операционное описание технологического процесса — это полное описание псех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов с выполнением иног да необходимых эскизов. 3. Маршрутно-операционное oi i исание технолог ическог о upoi iccса — это сокращенное описание технологических операции в Глава 12. Идгоговлеиия (парных конструкций 353 маршрутной карте в последовательности их выполнения е полным описанием отдельных операций в других технологических документах. По организации производства технологические процессы и операции подразделяются на: Единичный технологический процесс — это процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства, т. е. персональный техпроцесс на конкретный сварной узел. Типовой технологический процесс — это процесс изготовления г р у п п ы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Например, технологический процесс изготовления гаек, болтов, пайка, сварка или зачистка группы однотипных деталей Групповой технологический процесс — это процесс изготовлении i руппы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками, например трубопроводы гидросистем для экскаватора, разные по конфигурации, расположению гибов, разной длины, но у всех них на концах привариваются ниппели шаровые, и т. д. Типовая технологическая операция — это операция, характеризуемая единством содержания и последовательное™) технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Групповая технологическая операция — это операция совместного изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Раскрой Mcma.ua — это разделение металла на отдельные заготовки, иногда разные по форме, размерам, но одинаковой толщины — по комплектности на одну единицу изделия, на машинокомплект. Технологический перех(н) — это закопченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке. Технологический режим — это совокупность значений параметров технологического процесса п определенном интервале времени работы. К параметрам режима сварки относится сила тока, диаметр электрода, скорость сварки, напряжение на дуге, и т. д. Техническое нормирование, технологическая норма — это устно ал е мне технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов, например, расход сварочных и основных (на изделие) материалов, электроэнергии, вспомогательных материалов и т. п. 354 Сварочные работы Средства выполнения технологического процесса Средства технологического оснащения — эго совокупность орудий производства, необходимых для осуществления технологического процесса. В технологических процессах сборки, сварки описывают пи переходам весь порядок работ, последовательность собираемых деталей, способ их установки и закрепления, количество и размеры прихваток, способы и средства зачистки узла, а также операции и объем контроля. Сварщик должен понимать технологический про иссс и грамотно уметь читать его. Из-за неумения читать техпроцесс, в первую очередь из-за нс знания особенностей обозначения сварных швов на чертежах* ни пример при сварке прерывистых швов, часто в производстве быка ет брак, причем неисправимый. К вспомогательному сварочному оборудованию относится вес го оборудование, которое напрямую не связано с образованием сварио го шва или реза. Глава 12. Изготовления сварных конструкций S5S 12.10. Технология сварки различных конструкций 12.10.1. Трубчатые конструкции Трубы большого диаметра изготовляют из двух половин, затем свари ваюг. * Трубы свариЕюют при прокладке магистральных глэо- И нефтепроводов, применяя различные способы сварки от ручной до автоматическом. До 1961 г. сварка труб магистральных трубопроводов выполнялась на остающихся подкладных кольцах (для удобства и качества сварки). Сейчас, в связи с применением более совершенных способов и материалов, подкладные кольца не разрешаются, так как уменьшается сечение трубы в свету и ее сопротивление для нсфги, [аза и других материалов. В монтажных условиях трубы варят часто ручной спаркой. На монтажном участке грубы стандартной длины 12 м, собираются встык — по несколько штук, образуя плети длиной 36, 48 м. При сварке применяют вращатели и различные способы автоматической сварки, приближенные к цехопым условиям. Диаметры магне- гральных трубопроводов до 1620 мм. Сварка труб применяется при изготовлении различных трубопроводов гидросистем и пневмосистем. Трубы широко применяются для изготовления различных сварных трубчатых конструкций (рис. 130). Трубы производят из иизкоуглеродистой, низколегированной и высоколегированной стали. *• При ручной сварке стыков груб на монтаже сначала проваривают корневой шов повышенным током электродами диаметром 3 мм, затем последующие слои — электродами диаметром 4 мм. При монтаже трубопроводов к трубам приваривают фланцы, патрубки, заглушки и т. и. (рис. 131). В большинстве случаев трубопроводы варят полуавтоматами в шщитном газе, а также вручную — электродами 12.10.2. Арматура железобетона Сталь для арматуры — это стержни круглой) иди периодического сечения (рифленые) из низкоуглсродисюй и среднеутлеродистой сталей (Ст. 5,25Г2С, 35ГС) диаметром от 6 до 90 мм. 356 Сварочные рабо1ы Рис. 131. Способы приварки патрубков Для сварки арматуры применяют различные способы сварки ручную, полуавтоматическую, электрошлаковую в остающейся стальной форме (подобие опалубки). Для сварки арматурных сеток часто применяют контактную точечную сварку. Особо следует отметить способ так называемой ванной сварки стыковых соединений арматуры сравнительно больших диаметров (рис. I32). Этот способ впервые предложил и применил на производстве рабочий-сваршик Улесов, Герой Социалистического Труда, на строительстве Цимлянской и других ГЭС, показав очень высокую производительность труда, так как этот способ позволяет использовать ток в 2—3 раза больший, чем при обычной дуговой ручной сварке. Вначале дуга зажигается на нижней части формы, после обра зованпи ванны расплавленного металла и шлака от электрода дуга исчезает и процесс переходит в элсктрошлакопый, электродный металл плавится в распладденном шлаке, расплавленный металл оседает в расплавленной ванне. За счет высокого сварочною тока процесс проходит быстро и качественно. При определенных условиях процесс переходит иногда в дуговой, затем снова в электрошлаковы& 3S7 Глава 12. Изготовления сварных конструкций Уже после предложения Угтесова, вершенствования этого процесса. позднее появились различные усо- 12.10.3. Листовые конструкции Существует масса сварных листовых конструкций, начиная от сложных несущих рам, баков, балок, мостов, стоек и до очень простых конструкций, например, бытовой бак для воды. Цилиндрические резервуары для различных жидкостей, в том числе и имя нефтепродуктов, изготавливают из листовой стали. Из листов делают барабаны паровых котлов высокого давления с толщиной стенок ло 100 мм. Такие толщины сваривают электрошла- ковой сваркой. При сварке конструкций применяются стыковые и нахлесточ- пые соединения. В резервуарах вертикальные (поперечные) соединения выполняют стыковыми, а круговые соединения поясов — нахлесточными, так как очень сложно обеспечить сборку этих соединений встык без зазоров, особенно при больших диаметре и высоте. На изготоштение различных ответственных сосудов, барабанов и котлов, работающих под давлением, объектов нефтехимической промышленности, грузоподъемных устройств, газопроводов и других изделий распространяются нормы и правила Госгортехнадзора и других органов надзора за техническим состоянием и надежностью опасных технических устройств. Рис. 132. Ванная сварка 358 Сварочные работы I la сварку судовых корпусных конструкций технические условия устанавливаются правилами Речного или Морского Регистра России. Кроме сталей для изготовления листовых конструкций применяют и цветные металлы. В кислородном машиностроении используют мель и латунь, и производстве цистерн для перевозки кислот, пищевых продуктов, корпусов судов на подводных крыльях — алюминий и его сплавы, в химическом машиностроении — жаропрочные и жаростойкие, кислотостойкие хромоникслевые стали. Для сварки этих конструкций служит в основном сварка в защитных газах, а также нержавеющие электроды. Если сварная конструкция ответственного назначения и лод- надэориа ирги нам Госгортехнадзора России, то к ее изготовлению (в том числе и контроль качества) допускаются инжсиерно-гсхпи ческис работники, а также рабочие-а&ршики после обучения, проверки знаний и экзамена по новым правилам (введенным 15 января 2000 г.) аттестации МБ-3-273-99 в аттестационном центре, а нс на споем предприятии, как это делалось прежде. Подробнее об аттестации будет рассказано в главе 14. 12.10.4. Решетчатые и балочные конструкции К решетчатым конструкциям относятся сварные стрелы, стой ки различных грузоподъемных кранов, фермы конвейеров и различных перекрытий, мачты, стойки, опоры И подобные конструк шш. Решетчатые конструкции изготовляют в основном из профильного проката: уголков, труб, швеллеров. Особенность этих конструкций — короткие по протяженности швы, пахдссточныс и угловые соединения. Для сварки решетчатых конструкций приме няюг ручную дуговую, полуавтоматическую сварку в углекислом газе, как более маневренную и удобную в работе В решетчатых хон струкииях до 40% швов, неудобных по доступности. Обычно тол шина свариваемого металла 5—12 мм. При сборке решетчатых конструкций редко бывают стыковые соединения, но если они есть, m их сварку нужно выполнять в первую очередь, так как в этих си единениях максимальная усадка шва и могут произойти либо лс- Глава 12. Изготовления тарных конструкций 359 формация, либо внутренние напряжения, а в худшем случае образование трещин. Сварку швов следует выполнять «вразброс* для уменьшения сосредоточенного нагрева в одной зоне Обычно решетчатые конструкции собираю ! в специальных стендах, кондукторах, но иногда, при единичном производстве, — на плитах, стеллажах по разметке вручную. Длина прихваток 20— 30 мм, прихватки накладывают повышенным током, ссчсиисм 0,5 от шва и только в местах, подлежащих сварке. Для прихватки используются те же материалы, что и для свирки узла. свободная ось свободные оси а б Рис. 133. Профили балок в — из прокатных э/жментов. б — из гнутых элементов 360 Сварочные работы Балочная конструкция — это ферма со сплошными стенками из листового материала, сварной конструкции. Балки бывают различного сечения — от двутавровых до коробчатых (рис. 133). Они применяются на подкрановых путях мостовых кранов, в мостах, эстакадах, и различных сооружениях и перекрытиях промышленного и гражданского строительства. Балки собирают на стеллажах, стендах, в кондукторах и различных других приспособлениях, но если характер производства единичный, то по разметке. Балки отличаются большой протяженностью швов, даже по длине ребер, которые бывают до 1,5 м, поэтому сварка их часто производится автоматами под флюсом или в защитном газе, или в смеси газов: аргон (85%) 1 углекислый газ (15%) — это когда сталь легированная и повышенные требования к качеству сварки. попка В балках также выполняются сначала стыковые швы (особо при монтажной стыковке), затем — остальные. Ребра жесткости и балках, как нранило, свариваются с одной стороны и нс по всему периметру торна ребра (рис. 134). Ребра в балке устанавливают для придания большей устойчиво сти стенке, высота которой быш1 ет до 1 м и более. Если нс будет ребер жесткости, то балка по стен ке может прогнуться пол рабочем нагрузкой и потерять устойчи вость. Назначение ребер только придание жесткости, поэтому Рис. 134. Балка двутавровая. прочность сварных швов должш быть в Пунктиром показан возможный прогиб стенки в случае пределах устойчивости рей ра и излишние отсутствии ребра швы лишь ухудшат конструкцию избыточным IM гревом и внутренними напряжениями. В балочных конструкция» нс должно быть швов поперек балки, чтобы нс создавать зону пер* грсва около шва от сварки, которая значительно ухудшит экенлум Глава 12. Изготовления сварных конструкций 361 г анионные качества. Ешсолно принципиальное дополнение — нс должно быть швов с замкнутым контуром (типа кольцевого шва). Если балка стоит на двух опорах, а сверху по центру действует рабочая нагрузка, то в данном случае в двутавровой балке металл нижней полки работает на растяжение, т. е. способен воспринимать больше нагрузку, чем металл верхней полки, ко юры it работает' на сжатие. В таких случаях металл нижней полки предусматривают на 2—8 мм меньшей толшины (а зависимости от прочностных расчетов), чем металл верхней полки. В этом можно убедиться на таком примере: взять короткую металлическую линейку, поставить ес на торец, приложить усилие сжатия и она быстро прогнется по длине, а если пробовать разорвать эту линейку, то даже при большом усилии руками это нс удастся. Об устойчивости начинают говорить тогда, когда высота больше поперечного сечения стержня, стойки, профиля. В зоне сопряжения трех швов балки, швы нс должны доходил» до угла па 40—60 мм, чтобы не создавать мощный классический концентратор напряжений, способный разрушить шов в слабом месте, и также не допускаются пересекающиеся швы на одной плоскости. Длина прихваток в балках должна быть — до пяти толщин металла, но нс менее 30 и нс более 60 мм, сечением прихватки */, от шва. Прихватки выполняют по возможности гем же материалом, которым выполняется сварка Расстояние между прихватками принимается равным 40—50 толщин. Сварка при отрицательных температурах. Физическая сущность механических изменений металлов и сплавов при отрицательных температурах до сих пор недостаточно изучена, поэтому отсутствуют единые и достоверные рекомендации по этому вопросу, а есть лишь ограничения минусовых температур, при которых можно выполнять сварку, но даже не для всех видов конструкций. Резкое снижение ударной вязкосги металла, рост твердости и временного сопротивления металла полностью искажает картину расчетных вариантов прочности. Причем холодный металл играет роль тисков. Сварочные работы 362 он нс ласт свободно расшириться и сужаться сварному шву и элементам и процессе сварки. Технологические мероприятия при сварке на холоде (ниже —5’С) сводятся к подогреву различными способами, защите зоны сварки от потерн температуры подогрева, которая приведет к быстрому охлаждению шва и окалошовной зоны, снижая механические свойства. 12.11. Виды контроля качества Вилы контроля: входной, операционный — периодический (а иногда постоянный), контроль готовой продукции, контроль квалификации сварщика и другого производственного персона/ia. Входной контроль предусматривает контроль исходных материалов, оборудования, оснастки до начала работ, а также контрам* качества заготовок. Исходные материалы — основной металл, электроды, флюс, сварочная проволока, защитные газы и ид. должны иметь ссртификш качества на соответствие стандартам. В особых и ответственных случаях потребитель до поли итсльно проводит проверку соответствия материалов сертификату Операционный — периодический, в процессе работы, но 100% после выполнения каждой операции, в особенности сборочных операций перед сваркой. На некоторых видах изделий операционныи контроль постоянный. Такой контроль предусматривает' проверку заготовок, состояния сварочных материалов, оснастки, оборудоиа ния, режимов сварки, размеров сборочного узла, зазоров в стыках, величины смещения свариваемых кромок, качества прихваток и наличия выводных планок. Качество сварки готовой продукции иногда проверяется на образца х-евнлетелях, когда работающему и нс предупрежденному о проверке сварщику дают образец тот же соединения и такого ж»* материал и он выполняет сварку но без изменения режимов к уело вий работы. Зятем образец испытывают и принимают решение о качестве. Способ этот очень действенный и результативный. Гпаяа 12. Изготовления сварных конструкций 363 Способы и объемы контроля и средства контроля указываются в техпроцессах, в конце каждой операции. Контроль квалификации сварщика обязателен, особенно при выполнении paOoi. подведомственных Госгортехнадзору России. К таким работам OTHOCHTcîpyjunoiCbcitiiiue краны) газопроводы, водо- грешные котлы с температурой более I I5'(îiatwnwc котлы и многие другие изделия/ Сварщики и инженерно-технический персонал (технолог, конструктор, мастер, работник (Л К) должны проходить обучение и аттестацию (сдача экзаменов) н специальных аттестационных центрах, с получением соответствующего документа, который действует на всей территории России. Следует отметить, что квалификация, навыки спаршика бывают решающими при достижении качества или при браке изделий. Например, в случае брака, допущенного при стыковке и сварке труб п монтажных условиях, пина сиаршнка обышто составляет до 70%. Коигроль ютовой продукции - выяапетгие дефектов и меры по их устранению. Иноишпа выявленные дефекты имели влияние предыдущие операции — это дефект подготовки под сварку, дефекты сборки с нарушением величины зазоров, смешение кромок и т. д. Рис. 135. Универсальный шаблон сварщика (индикатор) УШСЗ 1 — основании. ? — движок, 3.5 — указатели. А — ось вращения. А. Б. В — опорные, базовые поверхности для измерения углов и размеров; Г. Д.Е — нониусы величины размера или угла. Ж — прорези дпя замера диаметра электродной проволоки Проверка чертежных размеров и остальных требований, предусмотренных техпроцессом, а при отсутствии техпроцесса — чертежом. I Приемка iТУТОВОЙ продукции оформляется документально. При измерениях размеров швов кроме универсального инструмента применяют различный специальный, например шаблон сварщика (индикатор) УШСЗ (рис. 135), который позволяет контролировать размеры шва, угол фаски под сварку, диаметр сварочного материала (электрода, проволоки) и зазор в стыке. Он предназначен Сварочные работы 364 только для стыковых соединений. 12.12. Дефекты сварки На процесс сварки и формирования шва штияст много причин, в том числе и квалификация персонала. В принципе, сварочное про изводство без дефектов практически невозможно, поэтому есть дефекты допустимые, на которые установлены нормы. Дефекты сварных соединений подразделяют на наружные и внутренние. Наружные дефекты: нарушение размеров и формы шва. наплывы (рис. 136), подрезы (рис. 137), кратер — углубление в конце шва. прожоги. Внутренние дефекты: поры, шлаковые включения, непровары, нес плавления, трети ны, дефекты структуры. Пористость металла шва иногда частично выступает наружу в виде углублений различного продольного расположения. Рис. 136. Наплывы в швах а — горизонтальном; б — нахпесточного соединения, в — таврового соединения, стыкового соединения или при наплавке валиков Рис. 137. ПодрезЫ швов Стрелкой обозначены подрезы Глава 12. Изготовления саарных конструкций 365 Причины образования наружных и внутренних дефектов, способы их исправления Подрезы, наплывы — от завышенного или заниженного тока, а также вследствие недостаточных навыков сварщика. Кратер — из-за небрежности сварщика. Подрезы, кратеры исправляют сваркой, наплывы удаляют. Нарушение размерив и формы иша% которые определены ГОСТ на конкретный вид сварки, — из-за невнимательности сварщика, либо неправильных режимов сварки, либо от недостаточной квалификации. Эти нарушения выражаются в несоблюдении ширины шва, усилении шва, изменении размера катета шва (разнокатетность), а также вогнутости углового шва. Поры (полости, заполненные газом) бывают от загрнзнстшости свариваемых кромок, влажности электродов, флюса, недостаточной зашиты шва защитным газом, завышенной длины дуги, увеличенной скорости сварки. На всех сварных конструкциях, в том числе и ответственных, существуют нормы допустимых внутренних, наружных пор, их размеров, расстояний между ними и их количества. Эти нормы-допуски пор отражены в технических условиях на изделие и в конкретных конструкциях. Эти нормы разные. Недопустимую пористость в зоне шва удаляют, затем исправляют дефект сваркой. 366 Сеарочные работы Шлаковые включения—ЭТО небольшие объемы металла шва. заполненные неметаллическими веществами (шлаками, окислами) Шлаковые включения образуются егт недостаточной величины сварочного тока, из-за неопытности сварщика, неправильною направления электрода, а иногда и от низкого качества электродов, иди очень толстой обмазки, когда весь шлак не успевает всплыть. Обычно шлаковые включения удаляют и зону дефекта исправляют сваркой. Непровары, нес/иаале/шя — это, как правило, местный дефект по причине плохой зачистки, блуждания или отклонении сварсЛ ( ной дуги пол влиянием магнитных полей, при легкоплавких электродах — когда неправильные режимы сварки, нестабильная работ* источника питания дуги, недостаточный угол скоса кромок, недостаточный зазор в соединении, нс полностью удален шлак. Причиной непроваров может быть недостаточная тепловая мощность дуги, слишком длинная дута, небрежность либо неподготовленность сварщика. Непровары удаляют и повторно заваривают. Трещины — самый опасный и недопустимый дефект. Трещины бывают наружные и внутренние. Они образуются по многим при чинам, например, от* излишнего содержания углерода и легирующих элементов в стали, от жесткого закрепления элементов, от ны- сокой скорости охлаждения, от содержания углерода в сварочных материалах, от неблагоприятного конструктивного расположения сварных швов, от повышенных плотностей тока, от сварки при низкой температуре и по другим причинам. Поскольку действует иногда целый комплекс причин и однозначно виновника назвать невозможно, то нужно коллективно yet ранять причины. Трещины, как наиболее опасные дефекты на любых сварных конструкциях, нс допускаются. Исправление участка шва с трещиной выполняется путем зас- верливания сверлом диаметром Н—10 мм отверстий на глубину трещины, отступив от конца трещины на «здоровый» участок метаем но 10 мм. Затем трещину разделывают вручную инструментом или на станке с последующей заваркой. Дефекты структуры сварных соединений — это пережог — грубое нарушение режимов сварки в сторону увеличения нагрева. Этот дефект не исправляется последующей термообработкой, он подлежит удалению. Перегрев— устраняется термообработкой, а также выбором рациональных режимов сварки (в том числе многослойная сварка). Изменение структуры и твердости ЗТВ исправляется термообработкой и правильными режимами. Дефекты структуры обнаруживают на макро- и микрошлифах при проверке структуры, сети этого требуют технические условии на изделие. Исправление дефектов всепш производится гем же видом и способом сварки и теми же сварочными материалами. Глава 12. Изготовления сварных конструкций 367 12.13. Средства для обнаружения дефектов 12.13.1. Этапы контроля Самым доступным и неплохим этапом контроля является внешний осмотр — выполняют невооруженным глазом или с помощью лупы не более семикратного увеличения, выявляют трещины, подрезы, наплывы, равномерность шва и размеры его. Эта операция простая, но высокоэффективная^ Механические испытания — это испытания образцов на разрыв, изшб. ударную вязкость и относительное удлинение в соответствии с ГОСТом 6996-66. Испытания на растяжение выполняются по ГОСТом 1497-73, 11150-65, 9651-73 — в зависимости от температуры образца. На ударную вязкость — но ГОСТ' 9454-60. Гидравлические испытания — производятся при давлении воды или масла, превышающем рабочее на 25—50%, с выдержкой в течение определенного времени. Этим испытанием проверяется плотность швов на течи, а также прочность конструкции. Пневматические испытания — наполнение контролируемой емкости сжатым воздухом. Это и быстро, и удобно. Так, например, испытывают сварные баллоны дчя пропана. После заполнения воздухом баллон погружают в ванну е водой для проверки плотности. при этом осматривают на наличие воздушных пузырьков. Процесс простой и быс трый. При этом проверяется и прочность. Испытания вакуумным способом — метод течеискання осношш на регистрации падения вакуума в замкнутом объеме контролируй мого изделия или на фиксации пробного газа, появившеюся в объеме. Процесс непростой, поверхность хорошо промывают растворителями и протирают, а иногда шлифуют до блеска, затем ставят на эту контролируемую поверхность вакуум-камеру с присосками-уплотнениями и образуют вакуум. Наибольшее распространение получил контроль гелиевой камерой с вакуумными присосками. Вакуумная камера переносная и имеет прозрачное смотровое стекло. Испытание керосином — смачивание сварных швов керосином! выдержка, затем, если имеется неплотность, керосин проступает желтыми пятнами на меловом покрытии с обратной стороны until. Процесс прост и достаточно надежен. Керосиновая проба эквинв лентна 4 кге/мм2 гидравлического давления Испытание аммиаком — испытуемые швы покрывают бумажной или марлевой лентой, пропитанной 5%-ным водным раствором азотокислой ртути или фенолфталеином. В изделие нагнетают тан дух в смеси с аммиаком до определенного давления. Проходя через неплотности шва, аммиак оставляет на бумаге черные (раствор ззеп- нокислой ртути) или красные (фенолфталеин) пятна. Испытание с помощью течеискателей. Применяют гелиевые те- чснскатсли. При контроле внутри испытуемою сосуда создаютглубокий вакуум, а снаружи Сварочные работы 368 сварные швы обдувают смесью воздуха с гелием. Через неплотности гелий проникает внутрь сосуда, а затем п те чсискатель, оборудованный аппаратурой для его обнаружения. Металлографические исследования — это изучение структуры сварного соединения на специальных шлифах под микроскопом с увеличением в 110,400 раз и более При необходимости эти струк туры фотографируются. 12.13.2. Радиационная дефектоскопия Просвечивание рентгеновскими лучами. Открытие в 1895 г. зам : чатсльных лучей, обладающих большой проникающей способное- Глава 12. Изготовления сварных конструкций 369 тью в плотных средах, позволили успешно решать многие задачи в технике, мелнмнне и других отраслях. В знак признания необычайно важною открытия эти лучи были впоследствии названы в честь исрвош-крыватсля — В.К. Рентгена рентгеновскими, а н 1901 г. за это открытие ему — первому' из физиков, была присуждена Нобелевская премия. Лучи действуют на фотопленку подобно световым. Этими лучами можно просвечивать металл толщиной до 500 мм (рис. 138), производить фотографирование с фиксацией дефектов на фотопленке (рис. 139). Недостатком контроля рентгеновскими и гамма-лучами является их опасность при значительных дозах. При просвечивании лучи направляются перпендикулярно шву. Выпускаются переносные рентгеновские установки РУП-60. РУ Г1-75, РУП-120, которыми можно просвечивать толщину до 100 мм. Просвечивание гамма-лучами. Для выявления внутренних дефектов применяют гамма-лучи, возникающие при самопроизвольном распаде некоторых элементов (радий, уран). Для контроля сварных швов используют искусственные радиоактивные вещества (изотопы), например, кобальт-60, цезий-137 и др. Гамма-излучатели хранятся в специальных защитных контейнерах; работа с ними регламентируется инструкциями и правилами санитарной инспекции. Изотопы действуют в течение более или менее длительного времени. например: кобальт-60— 5,24 года, цезий-137— 33 года, европий-152— 12,7 года; туллий-170 — 129 дней, ит.д. Рис. 139. Расшифровка рентге- Рис. 138. Схема просвечивания сварною соединения: 1 — источник: 2 — дефект, 3— контролируемое изделие, 4 — детектор нограмм 1 — газовые включения. 2— непровары. 3— шпаки 4—трещины 370 Сварочные работы Выпускаются передвижные установки с гамма-излучателями: ГУП-Со-0,5-1, ГУП-Со-5-1 и яр Установки рентгеновского и гамма-излучения опасны для людей, поэтому имеют специальную защиту, а работы с использованием их выполняются в отдельных помещениях, оборудованных по специальным правилам. В соответствии с требованиями охраны трудя специалисты, работающие на этих установках, находятся на специальном учете. 11рн точечном источнике излучения дота допустимою облучения на jрабочем месте — нс более 0.1 рентгена за неделю (международная норма — 0Г3 ретптенз в час). Энергия излучения, поглощаемая единицей массы облучаемого объекта, называется поглощенной дозой излучения. Внесистемной единицей поглощенной лозы излучения служит рад (1 рад *= 0,01 Дж/кг). Для оценки радиационной опасности хро- ттчсского облучения введено понятие эквивалентной дозы, кегго- рая характеризует биологическое воздействие облучения. Единицей измерения эквивалентной дозы служит биологичес^ кий эквивалент рада — бэр. За I бэр принимается такая поглощенная доза любою лида излучения, которая при хроническом облуче ним вызывает такой же биологический эффект, что 1 рад рентгеНМ вского или гамма-и злучення. В качестве предел ыю допуст имой дозы (ПДД) облучения людей принят г одовой уропснь облучения персонала, не вызывающий при равномерном накоплении лозы в течение 50 лет обнаруживаемых современными методами неблагоприятных изменений в состоянии здоровья самого облучаемого и его потомства Во всех случаях доза, накопленная человеком, нс должна пре пытать 60 бэр, а однократно для всего организма за квартал быи. не более 3 бэр. Перспективным видам радиационной дефектоскопии является ксероридиационная, которая заключается о том, что для обнаружения дефекта пользуются пластинкой из стальной или алюммннг пой фольги, на поверхность кшорой нанесен фототтротюлннкоиыи слой (обычно селеновый). Пластину предварительно заряжают. 11«» • действием рентгеновского или гамма-излучений кес ре пластин» тг ряст электрические заряды. Остаточный заряд будет тем меньше, чем больше интенсивность излучения, когда лучи проходят какие- то неплотности, пустоты в металле (шлак, поры и т. га). Поэтому интенсивность излучения в местах дефектов бывает выше и заряд в этих местах будет меньше. Все это образует в ксеропластинс скрытое электростатическое изображение, которое преобразуется в пилимое путем его проявления. Оно заключается в том, что пластина со скрытым электростатическим изображением опыляется предварительно электризуемым порошком (мел. тальк и др.). На это затрачивается 10—40 с. Длительность электризации кссрораднографичсской пластины — 10—120 с. Заряд в пластине сохраняется до 30 мин. Срок службы пластины — около 700 Глава 12. Изготовления сварных конструкций 371 заряжений. Размножение снимка с ксеро- пластины проводится путем контактирования с простой бумагой, на которой и фиксируется изображение. Преимущество ксерорадиографии перед радиографией — высокая производительность получения снимков и сухое проявление. Этим способом контролируют качество шпон и металла до толщины 20 мм. В промышленности имеются кссроусгановки типов ПКР-2, Эрга и лр. 12.13.3. Контроль ультразвуком Ультразвуковой метод кошроля основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы разлила двух упругих сред, обладающих разными акустическими свойсгвами. Отразившись ОТ нижней поверхности изделия, ультразвук возвратится, будет принят датчиком, преобразован в электрические колебания и подан на экран электронно-лучевой трубки. При наличии дефектов ультразвуковые колебания исказятся: это будет видно на экране электронно-лучевой трубки, где появится всплеск — искажение. По характеру и размерам искажений определяют вилы и размеры дефектов. Ультразвуковые колебания - это механические колебания упругой среды, частота которых лежит за порогом слышимости человеческого ухаг т. с. более 20П0 Гц. Для ультразвукового контроля применяют колебания частотой 0,5—10 МГц. «Ультра» (от латинского) означает «сверх», «за пределами». Частота колебании — это число колебаний за 1 с. Распространяются колебания в однородных материалах по относительно прямым линиям, а на границе раздела двух разнородных материалов (поры, трещины и проч.) происходит их отражение. Излучение и прием (регистрация) ультразвуковых колебании производятся электроакустическими преобразователями приборов, а сами приборы называются ультразвуковыми дефектоскопами Такая аппаратура в пашей стране появилась лишь в 1957 г, а сам способ использовании ультразвуковых колебаний для дефектоскопии был впервые п мире предложен нашим соотечественником С Я. Соколовым в 1928 г. Основой преобразователей обычно является определенный керамический материал, обладающий пьезоэлектрическим эффектом. «Пьезо» (греч.) в переводе на русский язык означает «сжимаю* Пьезоэлектрический эффект проявляется в том, »гго пьезоэлектрическая пластина (из титаната бария, цирконат-титаната свинца и др.) под действием подведенного к ней переменного алск трического потенциала начинает изменять свою толщину и колебаться, механически вибрировать и направлять пучок колебаний перпендикулярно плоскости пластины, а иод влиянием мсханн ческих деформации на противоположных поверхностях пьезоэлектрической пластины возникают электрические заряды — перемен ныи электрический ток, который передастся на соответствующие регистрирующие приборы. Проникновение ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие 372 Сварочные работы происходит тогда, коша удаляется воздух, находящийся меж ду контактирующим и поверхностями излучателя и изделия. Дня эт го между ними устанавливают акустический контакт путем ианеос ния на поверхность контролируемого изделия слоя минеральною масла, солидола, технического глицерина, воды и др. I Ipouecc распространения ультразвука в теле является вол но вым, он создает упругие колебания. Излучатели и приемники ультразвуковых волн называются им* зопрсобразователями. Пьезо пластина может работать и как и злу чатсль и как приемник. Гпава 12. Изготовления сварных конструкций 373 Для озвучивания сварных изделий употребляют в основном эхо- импульсный контроль. Эхо-метод заключается н озвучивании изделий короткими импульсами ультразвука и регистрации эхо-сигналов, отраженных err дефекта к приемнику. Признаком дефекта является появление импульса 3 на экране (рис. 139) Недостаток ультразвукового контроля — в сложности расшифровки дефекта, ограничении для применения на изделиях аустенитных сталей, чугуна, металлов с крупным зерном, в невозможности кшгтроля сталей малой толщины (до А мм). Для работы на ультразвуковом контроле персонал (инженеры, техники) проходят специальную подготовку с приобретением навыков и с аттестацией. В настоящее время в России находится в пользовании и выпускается более 20 различных моделей дефектоскопов, нштример, ДУК-66ПТ (дефектоскоп ультразвуковых колебаний, модель 66, портативный, модернизированный), УЗД-МИ ИМ5, УД-i 1ПУ (рис. 140) и много других Особый вклад в развитие, создание техники и технологии ультразвукового контроля внесли МВТУ им. Баумана и Институт И ИИ Мостов начиная с 60-х годов прошлого века. Рис. 139. Эхо-имлульсный метод — схема (эхо-импульсный метод называют иногда еще методом зхо/юкоции) 374 Сварочные работу Рис. 140. Общий вил дефектоскопа УД-11ПУ 12.13.4. МагииI«графический контроль Этот способ контролн даст достаточно достоверные результаты и практически является сшним из главных способов кокгроля свар ных стыков при прокладке трубопроводов нефти, газа и т. и. Си» соб основан на том. что при прохождении магнитного ноток* но испытуемому материалу в местах дефектов магнитный поток не кривляется (рис. 14!), рассеивается и это рассеяние в намагничен пом участке изделия обнаруживается специальным прибором — м.в нитиым дефектоскопом. Если на поверхность контролируемой зоны нанести ферром.» нитный порошок (обладающий магнитными свойствами), то над местом расположения дефекта создадутся скопления порошка. Намагничивание осуществляется пропусканием тхтояннсн|м тока по детали, созданием маминпого поля вокруг летали. По неравномерност и линий магнитного потока, а значит по не равномерности расположения порошка, можно судить о наличии дефекта. Магнитные потоки рассеяния преобразуются в элсктри чсские сигналы на экране осциллографа. Магнитным методам контроля могут быть лодвсртуШ'ДС1*М" только из <|>сррошпшгнь1х материалов, свойст ва которых обуспои лены внутренними молекулярными токами, «основном врйшени м Глава 12. Изготовления сварных косорукдим 375 электронов вокруг собственной оси. Хромоникслсвыс б стали; мель, алюминий немагнитны и магнитному Рис. 141. Схема контролю нс подлежат Магнитный поток, проходя по магнитного потока: изделию и встречая на своем пути дефект, огибает его Рэглро<к1ле> те Атагяьупного вследствие того, что мшит пая проницаемость дефекта гюпкжа гну значительно меньше (нриблмзитсль- но в 1000 раз) CV4UHWO а — магнитной проницаемости основною металла, поэтому кто•стоеннозо пасть магнитных силовых линии вытесняется дефектом сларьг.го wea. б-— дефектного шва к ею поверхности в чт.по основного металла. образуй местный поток рассеяния Если дефект расположен вдоль направления магнитных силовых линий, то возмущение магнитного потока невелико, а если дефект расположен перпендикулярно или наклонно направлению магнитного потока, создается значительный поток рассеяния (возмущение) При контроле применяют н&магн им »ша юшщс устройства. Все намагничивающие устройства питаются постоянным током, так какой создаст магнитное ноле, глубоко upon икающее в металл. В зависимости от способа регистрации магнитного потока рассеяния имеется четыре ддннитных метода контроля, но и сварочном производстве применяются только два: магнитопорошковый и магнитографический. В первом метоле потоки рассеяния выявляются с помощью магнитного порошка, во втором - регистрируются на магнитную ленту. Магшггопорошкопьш метод. Сущность его в том, что на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок в виде суспензии с керосином, маслом, мыльным раствором («мокрый» метод) или в виде магнитного аэрозоля («сухой»* метод). Под действием втягивающей силы магнитных полей рассеяния частицы порошка перемещаются по поверхности летали и скапливаются в виде валиков над дефектами. Форма этих скоплений порошка соответствует очертаниям выявленных дефектов Для повышения чувствительности контроля усиление швов перед испытанием следует удалить. Чувствительность контроля запи- Сварочные работы 376 Г сит от чистоты обработки поверхности (шероховатости), которая должна быть не хуже Ко = 1,25 мкм. На такой поверхности получают наивысшую чувствительность Контроля. Резкие переходы (подрезы, чешуйчатость, усиление шва) иди крупные микронеровности- приводят к скоплению нс над дефектами, а в местах углублений, переходов и дезинформируют контроль. В практике существует три способа намагничивания изделия: комбинированный, циркулярный и полюсный. Способ продольного (полюсного) иамаптичивания является относительно несложным, достаточно приемлемым и часто применяемым (рис. 142). Постоянным магнитом -------- 1£ J1 Электромагнитом Соленоидом Рис. 142. Способ продольного (полюсного) намагничивания Wi !* сзрщр Дефектоскопы для магнитоиорошкового метода контроля состо ят из источника тока, устройства для подвода тока к детали, уст • ройства для полюсного намагничивания (соленоиды, электромгн- ниты), устройства для нанесения на контролируемую деталь порошка или суспензии, измерителя тока (по напряженности поля) Дефектоскопы бывают стационарные, передвижные и переносные Например, передвижной дефектоскоп ПМД-70 предназначен дли магнитного контроля сварных швов в полевых условиях и имен полюсное продольное намагничивание. Составы суспензий магнитных: I) масляно-керосиновая смесь (I : I) I л, порошка 50—60 г. 2) ! л волы, 6 г мыла, I г жидкого стекла (конторский клей) и 25—30 г магнитного порошка. В качс Глава 12. Изготовления сварных конструкций 377 стве порошков можно применять мелко помолотую чистую железную окалину от ковки, а также стальные опилки от шлифования. Магнитографический контроль. Сущность этого метода заключается в намагничивании контролируемого участка сварного шва и околошовной зоны с одновременной записью магнитного поля па магнитную лапу и последу ющим считывании с нее полученной информации специальными Рис. 143. Схема магнитоустройствами магтгитографических графического контроля: дефектоскопов (рис. ИЗ). 1 — намагничивающее Магнитографический метод в основном устройство: 2— сварной шов; 3 — дефект, Применяют для контроля стыковых швов, 4 — магнитная лента выполненных сваркой плавлением, и в первую очередь при дефектоскопии швов магистральных трубопроводов. Этим способом можно контролировать стыки листовых металлоконструкций и трубопроводов с толщиной стенки 2—16 мм, а с менее точными результатами — толщиной до 20—25 мм. Магнию! рафией наиболее уверенно выявляются плоскостные дефекты (трещины, непровары, нссплаплс- нии), а также протяженные дефекты в виде шлака. Значительно хуже выявляются округлые дефекты (поры, шлаковые включения). Практикой установлено, что этот метод уверенно обнаруживает внутренние плоскостные дефекты (лежащие в плоскости), когда их вертикальный размер 8—10% толщины сварного шва. Контроль состоит из следующих операций: • подготовка контролируемой поверхности; • наложение на шов отрезка магнитной ленты (разматименной), прижим ленты эластичной «подушкой», резиновым поясом; • намагничивание контролируемою изделия; • расшифровка результатов контроля, для чего магнитную ленту устанавливают в считывающее устройства дефектоскопа и по сигналам на экранах дефектоскопа выявляют дефекты. Сварочные работы 378 Чем глубже расположен дефект от поверхности изделия, на которую укладывается магнитная лента, тем хуже он выявляется Высота усиления шва допускается не более 20% от толщины металла, но не более 1 мм, и без смещения кромок стыкуемых элементов. Аппаратура, материалы. Оштыванис результатов контроля магнитной ле»ггы производится магнитографическими дефектоскопами (рис. 144). 3 Рис. 144. Блок-схема магнитографического дефектоскопа. 1 — электродвигатель; 2 — блок головок: 3— магнитная пента; 4 — усилитель; 5 — генератор развертки; б — электронно лучевая трубка Дефектоскоп имеет электродвигатель, приводящий но вращение барабан с несколькими магнитными головками, перемещающимися поперек магнитной ленты. Электрические сигналы с головки поступают в усилитель, усиливаются в нем и подаются на электронно-лучевую трубку (экран). В комплект дефектоскопа входит намагничивающее устройство. Оно состоит из Г1-образного магнитомигкого сердечника (мапшто- провода) и обмотки. Промышлсшюсть выпускает несколько типоразмеров передвижных намагничивающих устройств ПНУ, которые предназначены для намагничивания сварных стыков труб диаметром 150— 1200 мм и плоских изделий толщиной 16 мм. Для труб диаметра более 1200 мм (до 1420 мм) и плоских конструкций (стыковых) применяют шаговые намагничивающие устройства (МИУ-1). Для намагничивания кольцевых швов груб диаметром 57— 150 мм применяют неподвижные намагничивающие устройства типа НВУ-1. Разработано и выпускаемся много типов магнитных дефсктоско- пон, в Глава 12. Изготовления сварных конструкций 379 том числе с импульсной индикацией и видимым изображен!! ем. Наиболее совершенные дефектоскопы МДУ-2У, МД-ЮИМ и МММ. 12.13.5. Способы капиллярного кшггроля По своей гибкости, простоте, оперативности и достоверности ЭТОТ способ иногда просто незаменим, особо для обнаружения мик- ротрешин. В производстве применяются два способа контроля: 1) люминесцентный — ЛД (люминесцентная дефектоскопия) основан на свойстве некоторых веществ (люминофоров) светиться при действии ультрафиолетовых лучей; 2) цветная дефектоскопия — ЦД — когда применяются красители, видимые в зоне де<1>екта гтри дневном свете. Капиллярные методы контроля предназначены для обнаружения несплошности в поверхностных слоях изделий Иногда необходимо выявить настолько малые дефекты, »гго заметить их при визуальном осмотре невозможно. Применение оптических приборов также нс даст результата из-за недостато'той контрастности и других причин. Изменить контрастность можно полированием, но это экономически неоправданно, а иногда технически неприемлемо. Другой способ состоит в изменении светоотдачи дефектов, заполнением их с поверхности специальными спето- и иветоконтрас- тиыми индикаторными жидкостями, называемыми пенетрантами. По рецептуре составных частей этих пенетрантов в применении и производстве в России более 60 наименований. Если в состав пенетранта входят люминесшфуюшие вещества, т. с. вещества, дающие яркое свечение при облучении их ультрафиолетовым светом, то такие жидкости называются люминесцентными, а метол контроля соответственно - люминесцентным. Если основой пенетранта являются красители, видимые при лисином свете, то метод контроля называют цветным (цветная дефектоскопия — ЦД). В ЦД используют красители ярко-красного цвета. Сущность капиллярной дефектоскопии в следующем (рис. 145). Поверхность изделия очищают от всяческих загрязнений, обезжи- 380 Сварочные работы Рис. 145. Схема контроля деталей капиллярным методом с применением проявителя я — полость трещины Заполнена пропинающей жидкостью: 6 — жидкость удалена с поверхности детали; о—нанесен проявитель: трещина выявлена, 1 — деталь, 2—полость трещины; 3—проникающая жидкость; «Т — проявитель. 5 — индикаторный след трещины ривают, сушат. После этого на нее наносят слон пенетранта и лают (издержку 5 мин, чтобы жидкость смогла проникнуть в имеющиеся дефекты. Затем поверхность очищают от жидкости» часть которой остается в полости дефектов. Чтобы повысить выявляемоем> дефектов, на поверхность изделия после удаления с нес пенетрантов наносят специальный проявляющий материал в виде быстро сохнущей суспензии (каолинп, коллодия) или лаковые покрытия. Проявляющий материал вытягивает пенетрант из полости дефектов, оставляя на себе следы расположения дефекта, полностью повторяющие конфигурацию дефекта. Это хорошо видно даже без луны. Физическая основа капиллярного метода дефектоскопии — явление капиллярной активности, т. с. способность жидкости втягиваться (проникать) в мельчайшие отверстия» трещины, поры, капа лы. Глубина и скорость проникновения жидкости тем больше, чем лучше смачиваемость (милое поверхностное натяжение) жидкости и чем меньше радиус капилляра. I lpouccc контроля состоит в подштопке поверхности, обработке дефектоскопическими материалами, выявлетги дефектов, окончи тельной очистке изделия. При очистке поверхности пол контроль нужно нс допустить ВИС сепия в дефекты новых загрязнений. Глава 12. Изготовления сварных конструкций 381 Индикаторную жидкость наносят аэрозольно либо мягкой кистью. Излишки этой жидкости удаляют и лают выдержку до 5 мин. Пенетранты бывают на водной основе и на различных органических жидкостях (керосин, скипидар, бензол, уайт-спирит, масло трансформаторное и др.). Эти пенетранты эффективны и применяются почти всегда, так как они обеспечивают высокую чувст вительность выявления дефектов. Методы выявления дефектов разные (5 способов), но чаще всего н сварочном производстве используются два, как более досто верные и удобные. 1. Пленочный проявитель — это бесцветная или белая индикаторная пленка с проявляющим слоем. Слой поглощает индикаторный пенетрант, легко отделяется с индикаторным слоем дефекта от контролируемой поверхности. Пленочный проявитель технологичен и, что самое главное, дает возможность по- дучитъ яефсктограмму, анализировать сс отдельно от изделия и сохранять как объективный документ контроля. 2. Самоп1Юнняянпций вариант, при котором после пропитки и очистки деталь нагревают, заменяя тем самым проявление. При нагревании специальная индикаторная жидкость выходит из полости дефект, затвердевает и образует индикаторный слой, люминесцирующин (светящийся) под воздействием ультрафиолетового излучения. Другие проявители просты и доступны, но менее эффективны по результату (чувстшггельносги к дефектам). Поэтому в ЛД чаше применяют пленочный и еамопрояидяю- ший способы нрояачения. В УД применяют в основном порошкооб|)азные ироявшели дефектов в виде суспензий и белые проявляющие лаки. Чувствительность лаковых проявителей выше. При осмотре, в случае необходимости, применяют большую лупу с двукратным увеличением. После употребления пенетрантов на водной основе иногда необходимо применять ингибиторы, т. е. вещества, тормозящие окислительные процессы. Аппаратура. Промышленностью выпускаются различные типы переносных и стационарных дефектоскопов. Наиболее перслекти- иен переносный аэрозольный комплект КД-40Л1Д. Он предназначен для контроля изделий в палевых условиях, в цехе и в лабораторных условиях 382 Сварочные работы цветными, люминесцентными методами. В комплект входят разборные аэрозольные баллоны, которые можно многократно заряжать дефектоскопическими материалами на зарядном стенде» входящем в комплект. Баллоны скомплектованы в три набора, один ю которых обеспечивает работу на морозе до - 30#С. В комплект входит еще ультрафиолетовый облучатель КД-ЗЗЛ Для ЦД при небольшом объеме работ используюг переносные дефектоскопы ДМК-4, ДЛК-2Ц. ДМК-4 выполнен в виде чемодана с гнездами и секциями» в которых размешены принадлежности для контроля: емкости с расходными растворителями, краской и жидкостью. пеналы с кистями и лупы. Дефектоскоп массой 7 кг имеет небольшие габариты (430 х 250 х 200 мм). 9 Контрольные вопросы к главе 12 • --------------------------------------------- -------------------------------------/. Перечислите основные требования к сварным конструкциям. 2 Какие основные методы расчетов на прочность и устойчивость используют при проектировании сварных конструкций ? 3. Почему сварные конструкции не применяли до XX в. ? 4. Когда с/паю под нагрузкой работает лучше — при растяжении ши при сжатии волокон ? 5. От каких показателей (параметров) зависит устойчивость стойки? 6. Что представляет собой технологический процесс? 7. Перечислите меры бор^ы с деформациями и напряжениями и сварных узлах. 8. Перечислите виды десректов сварки и причины их появлеШщ 9. В чем заключается предварительный и текущий контроль? /0. Назовите методы обнаружения дефектов сворных соединении и охарактеризуйте каждый метод. //. Д.1Я чего применяют капиллярные методы контроля? 12. Назовите заготовительные операции, применяемые в свароч ном производстве. IJ Перечислите основные требования к технологическому процессу. 14 Какие виды технологических процессов бывают по организации производства ? 15. Из каких технологических карт состоит технологический процесс сборки, сварки? Глава 13. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА 13.1. Источники вредности для здоровья Источниками вредных выделений в зону дыхания персонала при сварочных работах являются процессы сварки* термической резки (особенно плазменной), пайки, наплавки, при которых выделяются аэрозоли ныли, вредных газов и паров. В зоне дыхания появляются газообразные фтористые соединения, окись углерода, двуокись марганца, окислы азота и многие другие вредные вещества. Наличие вредных веществ в рабочей зоне дыхании может* привести к возникновению у персонала профессиональных заболеваний (пневмокониоз, интоксикация и т. л). На работающих могут воздействовать интенсивные ультразвуки, например, при ультразвуковой сварке или при плазменной обработке металлов. Неправильная эксплуатация электрического оборудования сшу собна создать опасность поражения электрическим током. При кон тактной сварке рабочие могут подвергаться воздействию перемен ных магнитных полей. Некоторые виды оборудования создают и производственных помещениях мощные высокочастотные электро магнитные поля. Работа электронно-лучевых установок связана с образованием мягкого рентгеновского излучения. Источниками вредных ионизирующих излучений могут оказать- ся торированные вольфрамовые электроды, применяемые при сварке в среде защитных газов, и радиоактивные препараты, используемые при гамма-дефектоскопии сварных соединений. Глава 13. Безопасность труда 385 Мощное ультрафиолетовое и световое излучение сварочной дуги и плазмы при воздействии на глаза работающею может вызвать электроофтальмию, а при длительном воздействии инфракрасною излучения вызвать помутнение хрусталика — катаракту. Опасность создаст использование в сварочном производстве горючих газов и кислорода» а также эксплуатация сосудов, работающих иод давлением. Применение открытого газовог о пламени, открытых дуг и струй плазмы, наличие брызг жидкого металла и шлака при сварке и резке не только делают ожоги, но и повышаю! угрозу возникновения пожаров, особенно, когда применяются электрододержаюи, не соответствующие fOCTj При организации и выполнении различных работ в сварочном производстве необходимо исключать опасные факторы, а если это оказывается невозможным, затрудненным технически, то нужны меры по их нейтрализации и защите от них. В сварочном производстве опасны вредные вещества, находящиеся в воздухе рабочей зоны По степени воздействия на организм человека их делят на четыре класса: I — чрезвычайно опасные; 2 — высокоопасные; Э — умеренно опасные; 4 — малоопасные, i По предельно допустимой концентрации (ПДК) аэрозолей или паров вредных веществ можно оценивать опасность для здоровья человека. Например, ПДК (мг/м5) окиси алюминия равно 4, вольфрама, карбида вольфрама — 6, марганца — 0,3; никеля — 0,1; свинца — 0,01; хромового а!тгнлрида, хромитов (в пересчете на СгО}) — 0,01; фтористых соединений — 0,5; титана и ею двуокиси (ТЮ} — рутил) — 10; берилин и его соединении — 0,001; цинковых паров — 0,01; и т. д. Отсюда видно, насколько опасны электроды хромони- кслеиыс (нержавеющие). Сварка этими электродами без хорошего дымоотсоса недопустима. Нередко в производстве приходится выполнять сварку свинцовых ванн под кислоты, для химической очистки трубопроводов гидросистем и для других целей. К этим работам нужно относиться ответственно и обеспечивать средства автономного дыхания сварщику. Особенную опасность представляет наплавка или сварка латуни, при которой выделяются пары цинка. Без надежного индивидуального дымоотсоса в зоне сварки или наплавки работы выполнять нельзя. Для растворения сварочных аэрозолей до ПДК существуют нормы на необходимое количество воздуха от вентиляции при расходе 1 кг электродов. Например, на 1 кг расходуемых электродов (дня сварки малоуглеродистых сталей) марки АНО, ОЗС, МР требуется в среднем 386 Сварочные работы 2500—6000 м3 воздуха; дня нержавеющих электродов — 30000—60000 MJ воздуха; для наплавочных твердосплавных электродов (Т-590, ВСН и др.), от которых выделяется хромовый ангидрид, марганцевые и фтористые соединения необходимо 280000— 350000 MJ воздуха. Приведенные цифры показывают степень опасности различных марок электродов при сварке и наплавке. Это нужно помнить и понимать реальную возможность утраты здоровья. Сварщики получают отравления в основном по причине халатности или незнания. При аргоно-дуговой сварке и плазменной обработке металлов применяются торированные вольфрамовые электроды. Это потенциально может быть связано с выделением в воздух тория и продуктов его распада. Порядок получетшя, перевозки и использования торированных вольфрамовых электродов установлен санитарными правилами ОСП-72._ Большинство видов работ с торированными вольфрамовыми электродами (из сплавов ВТ 10, ВТ 15 и лр.) ралиацио!шоЙ опасности не представляет Условная радиационная опасность может бьгп. при хранешш более 5 кг, а также при заточке вольфрамовых электродов и при одновременной сварке более чем на 5 рабочих постах, расположенных в одном цехе. К хранению торированных вольфрамовых электродов на рабочих местах (до 1 кг) особых требований нс предъявляется. 13.2. Электробезопасность Все сварочное оборудование должно соответствовать «Прави лам устройства электроустановок* и действующим ГОСТ на него. Присоединение и отсоединение от сети электросварочных уста новок должно производиться электротехническим персоналом. 1 Глава 13. Безопасность груда 387 Сварщики должны быть обучены и аттестованы но электробсзопасности. Конструкция электрододержатсля должна соответствовать требованиям ГОСТ. Применять самодельные алсктрододсржатели запрещается. Корпус любого источника питания сварочной установки необходимо надежно заземлять болтом диаметром 6—8 мм. Помимо заземления сварочного оборудования нужно непосредственно заземлять тот зажим вторичной обмотки сварочного трансформатора, к которому присоединяется проводник, идущий к изделию (обратный провод). 1 На органах управления сварочным оборудоваттсм должны быть четкие надписи или условные знаки, указывающие их функциональное назначение. J Все электросварочные установки с источниками переменного и постоянного тока, предназначенные для сварки в особо опасных условиях (например, внутри металлических емкостей, в колодцах, туннелях, в котлах, на понтонах, н отсеках судов и т. д.), должны быть снабжены устройствами автоматического отключения напряжения холостого хода или ограничения его до напряжения 12 В с выдержкой во времени нс более 0,5 с. Узлы сварочного оборудования, содержащие конденсаторы, должны иметь устройства для автоматической разрядки конденсаторов. Для стационарно установленных светильников местного освещения напряжение не должно превышать 36 В, а для переносных светильников— 12 В. Ток величиной 0,1 А считается смертельно опасным для человека. 13.3. Безопасная эксплуатация установок газопитания При эксплуатации lajoc варочных установок безопасность может быть обеспечена соблюдением правил, обусловленных физико- химическими свойствами применяемых газов, таких, например, как способность кислорода вызывать самовоспламенение некоторых материалов или склонность ацетилена к самопроизвольному взрывчатому распаду, образованию взрывоопасных ацетиленидов и смесей газов. Эксплуатация газосварочного оборудования должна происходить в строгом соответствии с «Правилами техники безопасности и производственной санитарии при производстве ацетилена, кислорода и газопламенной обработке металлов». 388 Сварочные работы Запрещается эксплуатировать баллоны, у которых истек срок периодического освидетельствования; отсутствуют установленные клейма; неисправны вентили; поврежден корпус (трещины, сильная коррозия); нссоол встсгнуюшая окраска и надпись. Ремонт баллонов и вентилей производится на специализированных предприятиях. Хранение баллонов с кислородом и горючими газами в одном помещении не допускается. Полы складов для баллонов с горючими газами должны быть из материала, исключающего искрообразованис при ударе. Наполненные баллоны должны храниться в вертикальном положении со специальным ограждением от возможного паления. Валлоны с газом, устанавливаемые в помещениях, должны находиться на расстоянии от отопительных приборов не менее I м, а от источников с открытым огнем — не менее 5 м. Баллоны для сжатых газов должны иметь остаточное давление нс менее 0,5 ктс/см7, а баллоны для растворенного ацетилена — не менее 0,5 и не более 1 кгс/см7. Перевозка баллонов должна производиться на рессорном механическом (не |'ужевом) транспорте п горизонтальном положении обязательно с прокладками между баллонами в виде деревянных брусков с гнездами, а также веревочных или резиновых колен толщиной не менее 25 мм (по два кольца на один баллон). Совместная перевозка кислородных и ацетиленовых баллонов, как правило, запрещена на любых видах транспорта, за исключением транспортировки двух баллонов на специальной тележке к рабочему месту. Переноска баллонов на руках без носилок и на плечах запрещается. Разрешается перемещать баллоны на небольшие расстояния (в пределах рабочего места) путем кантовки в слегка наклонном положении. Рабочие, обслуживающие баллоны, должны быть обучены и проинструктированы. 13.4. Защитные мероприятия Пренебрежение защитными мероприятиями в сварочном производстве. либо отсутствие информации о степени вредности отдельных выделений приводит к тяжелым последствиям по зрению, ожогам и другим серьезным расстройствам здоровья. Для защиты тела рабочего от тепловых и других воздействий Глава 73. Безопасность труда 389 применяется специальная одежда и специальная обувь. Защита органов дыхания в необходимых случаях осуществляется применением различных респираторов и даже, иногда, противогазов. В последние годы передовые предприятия начали применять маски сварщика с подачей в них чистого воздуха. При дуговой сварке и плазменной резке применяют щитки, маски сварщика, которые изготовляются по ГОСТ 1361-69. Каждый щиток или маска имеет защитный светофильтр (темное стекло) но ГОСТ 9411-75, оп тическую плотность которого подбирают в зависимости от величины сварочного тока. Для предохранения от загрязнения и брызг- металла светофильтр закрывают обычным прозрачным сменным стеклом. Газосварщики и газорезчики используют защитные очки закрытого типа, но со светофильтрами, менее плотными (более светлыми). При индивидуальной защите от шума применяют вкладыши, наушники, шлемы. Особо следует остановиться на приточно-вытяжной вентиляции сварочных постов в цехах. Традиционно в России применяется вытяжка из цеха и выброс в атмосферу загрязненного цехового воздуха. Но в зимний период выбрасываемый воздух уже прошел стадию отопительного подогрева и практически выбрасывается тепловая энергия. Вновь поданный в цех приточный воздух снова подвергается подогреву. За последние 20 лет начала широко применяться в Европе система местного дымоотсоса с химической, механической нейтрализацией всех аэрозольных вредных веществ внутри небольшого устройства. Схема очень похожа на работу бытового пылесоса, с той лишь разницей, что в корпусе дымоотсоса устанавливаются фильтры и химически активные сменные пластины-блоки. В фильтрах задерживается вся пыль, а химически вредные вещества нейтрализуются, проходя через блок-пластины, и на выхлопе (выходе) воздух очень чистый и слегка озонирован, как после грозы. В России в течение 12 лет работает российско-шведское предприятие оСовПлим», которое занимается вопросами этой прогрессивной технологии отсоса сварочных аэрозолей, очисткой их перед выбросом в цеховую атмосферу. Комплексное оснащение сварочных постов выполнено этим предприятием для более чем двух тысяч заказчиков в России. 9 Контрольные вопросы к главе 13 • -— — 390 Сварочные работы /. Назовите основные вредные факторы для здоровья в сварочном производстве. 2 Какие индивидуальный средства защиты применяются в сварочном производстве? 3. Почему опасно работать самодельными злектрододержате- Аями? 5. Расположите в последовательности — по возрастанию вредности воздействия следующие марки сварочных материалов: электроды Т-590, Ц Л - l I , МР-Зм, АНО-21, латунь Л63, сварочная проволока св-08Г2С. Глава 14. ОТВЕТСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ. АТТЕСТАЦИЯ СВАРЩИКОВ 14.1. Основные понятия Технические устройства, представляющие опасность для людей и окружающей среды проектируются и изттавлшшются с обеспечением специальных требований к пригодности и качеству Специальные требования содержатся н различных технических документах, которые разрабатываются ответственными государственными учреждениями и организациями России. Различные руководящие документы и указания по правильному конструированию, изготовлению и ремонту опасных чехнических устройсгв, используемых в промышленности и строительстве, являются обязательными для всех. Например, для подъемно-транспортного оборудования одним из первых, главных документов (после «Правил...*-) является руководящий документ РД 24.090.97-98 на изготовление, ремонт и реконструкцию металлоконструкций грузоподъемных кранов, в котором изложены требования к материалам, заготовкам, сборке и сварке, контролю качества и нормы допустимых дефектов и РД 36-62-00. РД 24.090.52-90 содержит перечень марок стали для изготовления сварных конструкций и грузоподъемных устройств, а также различные другие нормативные документы. Сварочные работы 392 14.2. Опасные технические устройства В июле 2000 с Госгортехнадзор России утвердил перечень групп опасных технических устройств, сварка которых осуществляется аттестован мы ми сварщиками. Этот документ обязателен для всех производств и (Jx>pM собственности. Г руппа опасных технических устройств 1 Перечень входящих в группу технических устройств 2 Подъемно-транс- 1. Грузоподъемные краны. портное оборудо- 2. Краны-трубоукладчики вание 3. Краны-манипуляторы. 4. Лифты. 5. Тали. 6. Лебедки. 7. Устройства грузозахватные. 8. Подъемники (вышки). 9. Эскалаторы. 10. Дороги канатные, их агрегаты, механизмы и детали. 11. Цепи для подъемно-транспортного оборудования. 12. Строительные подъемники 13. Конвейеры пассажирские. 14. Металлические конструкции для подъемно-транспортного оборудования Котельное дование обору- Газовое оборудо|«НИ'- 1 Паровые котлы с давлением пара белее 0.07 МПа и водогрейные котлы с температурой воды выше 115*С. 2 Трубопроводы пара и горячей воды с рабочим давлением пара более 0,07 МПа и температурой воды свыше 115”С 3. Сосуды, работающие под давлением свыше 0.07 МПв 4. Арматура и предохранительные устройства. 1. Трубопроводы систем внутреннего газоснабжения. 2. Наружные газопроводы низкого, среднего и высокого давления стальные и из неметаллических материалов. 3. Газовое оборудование котлое, технологических линий и агрегатов. 4. Газогорелочные устройства. 5. Емкостные и проточные водонагреватели. Глава 14. Ответственные конструкции. Аттестация сварщиков 393 Продолжение Перечня.. 1 2 6 Аппараты и печи 7 Арматура из металлических материалов и предохра нительные устройства. Нефтегазодобывающее оборудование 1. Оборудование нефтегазопромысловое, буровое и газоперерабатывающее 2 Оборудование для геологоразведочных и геофизических работ. 3. Нефтегазоперекачивакхцие турбоагрегаты и части к ним 4 Магистральный трубопроводный транспорт 5. Промысловые нефтегазопроводы. 6 Технологические трубопроводы компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, установок комплексной подготовки нефти и газов. Металлургическое оборудование 1. Доменное, коксовое, сталеплавильное оборудование. 2. Технологическое оборудование и трубопроводы для черной и цветной металлургии. 3. Технические устройства для производства черных и цветных металлов и сплввои на их основе 4. Машины для литья стали и цветных металлов 5. Агрегаты трубопрокатные. 6. Станы обжимные, заготовочные сортопрокатные и листопрокатные. Оборудование химических. нефтехи- 1 Оборудование химических, нефтехимических, нефтемических. нефтепе- перерабатывающих производств, работающее под язврерабатывающих и лением до 16 МПа. взрывопожароопас- 2. Оборудование химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих производств, работающее под давных производств лением более 16 МПа. 3. Оборудование химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих производств, работающее под вакуумом. 4. Резервуары для хранения взрывопожароопасных и токсичных веществ. 5. Изотермические хранилища. 6. Криогенное оборудование. 7. Оборудование аммиачных холодильных установок. 8 Печи. 9. Компрессергюе и насосное оборудование Сварочные работы 394 Продолжение Перечня... 1 2 10. Центрифуги, сепараторы. 11. Цистерны, контейнеры (бочки), баллоны для взрывопожароопасных и токсичных веществ. 12. Котлы-утипизаторы. 13. Энерготехиолотические коглы. 14. Когпы ВОТ. 15. Трубопроводная арматура и предохранительные устройства. 16. Технологические трубопроводы и детали трубопроводов. Горнодобывающее Технические устройства для горнодобывающих и горнооборудование обогатительных производств и подземных объектов. Оборудование для 1 Контейнеры специализированные и тара, используемые транспортировки для транспортировки опасных фуэов и строительных опасных грузов материалов. 2. Цистерны. 3. Экипажная часть. 14.3. Аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства по ПБ 03-273-99 14.3.1. Краткий комментарий некоторых вопросов аттестации Качество сварных конструкций в значительной степени зависит от квалификации участников технологического процесса их изготовления. Это особенно важно при сварке технических устройств, представляющих опасность для окружающих. С 15 января 2000 г. введены в действие новые Пришша аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства взамен Правил от 16 марта 1993 г. Правила устанавливают новую систему аттестации персонала, занятого подготовкой, руководством, исполнением и техническим надзором производства сварных конструкций и сварочных работ. Глава 14. Ответстоениые конструкции. Аттестация сварщиков 395 Система предусматривает несколько уровней профессиональной подготовки персонала: аттестованный сварщик, аттестованный мастер-сварщик, аттестованный технолог-сварщик, аттестованный инженер-сваршик. Аттестация выполняется в независимых аттестационных центрах, имеющих лицензии органов государственного надзора на этот вид деятельности. Правила предусматривают систему аттестации и функции органов государственного надзора и органов аттестации, порядок аттестации сварщиков. Правила содержат типовые формы аттестационной документации: формы протоколов, формы аттестационных удостоверений для спаршиков и инженерно-технических работников, формы технологических аттестационных карт, заявок на аттестацию, журналов учета сварки и испытаний сварных образцов при аттестации и т. и. Оценка качества сварки выполняется на основании действующей нормативно-технической документации ма материалы основные и сварочные и все необходимое для этого. При аттестации кандидат должен сдать три экзамена: общий (по базовой подготовке), специальный (по специальной подголовке с учетом требований для конкретных объектов производства) и практический (сварка контрольных соединений) — для сварщиков или экзамен на знание требований к поднадзорным объектам — для ИТР. Составной частью специального экзамена для ИТР является выполнение практического задания, связанного, как правило, с составлением технологическою процесса сварки конкретною изделия. Отдельно выполняется аттестация ИТР на работу в аттестационных органах но подготовке специалистов о области сварки. Правила рассчитаны на способы сварки плавлением, но мо1 ут быть распространены и на другие способы сварки. В соответствии с новыми правилами аттестационный центр должен иметь сборники вопросов по общему и специальному экзаменам, согласованные с органами государственного надзора. Аккредитация аттестационных центров с выдачей лицензии осуществляется органами государственного надзора на основании экспортного заключения комиссии Национального аттестационного комитета но 396 Сварочные работы сварочному производству (АО *НАКО). Аттестационные документы, выданные сварщикам и ИТР, действуют в пределе установленных Правилами сроков на всей территории России на тот же вид деятельности и не требуется какой- либо ревизии или дополнительной, проверочной аттестации. Система аттестации сварщиков (далее — САСв) устанавливает четыре уровня профессиональной подготовки: I уровень — сварщик; II уровень — мастер-сварщик; III уровень — технолог-сварщик; IV уровень — инженер-сварщик. Присвоение уровня не отменяет квалификационный разряд. В работе аттестационных комиссий обязательно участие представителей Госгортехнадзора. Кандидаты на прохождение аттестации представляются предприятиями, либо самостоятельно могут обратиться в любой AU. Требовании к профессиональной подготовке 1. Кандидах должен иметь общее образование, профессиональную подготовку (школа и документна профессию) и необходимый стаж работы по специальности. I уровень — среднее, неполное среднее, документ на профессию сварщика, стаж 1 2 мес. II уровень — среднее, среднее техническое, высшее техническое, стаж соответственно — 36, 12 и 12 мес. III уровень — высшее техническое, среднее техническое но сварочному производству, соответственно — 36, 24 мес., высшее техническое по сварочному производству — 18 мес. IV уровень — высшее специальное по сварочному производству — 36 мес. Стаж работы указан для первичной аттестации. Перед аттестацией сварщиков и специалистов должна производиться специальная подготовка. Аттестация сварщиков Сварщики аттестуются по сварке плавлением или наплавке. Виды аттестации: первичная, дополнительная, периодическая, внеочередная. Первичная — для сварщиков, нс имевших ранее допуска. Глава 14. Ответственные конструкции. Аттестация сварщиков 397 Дополнительная — для прошедших первичную аттестацию, перс;; допуском к сварочным работам, не указанным в удостоверении, т. е. к работам другими способами сварки иди к сварке другой, бсшес сложной марки стали, а также после перерыва в работе более 6 мес. При дополнительной аттестации сдают специальный и практический экзамен (без общего). Периодическая — по окончании срока действия предыдущей аттестации. Сдают только специальный и практический экзамен. Внеочередная — после временного отстранения от работы за технологические нарушения или низкое качество работ. При этом сдают общий, спеипалыпл! и практический экзамен. К первичной аттестации допускаются сварщики, имеющие разряд не ниже, чем установлен технической документацией на свариваемые изделия, свидетельство о спецподготовке. В случае, если кандидат самостоятельно представляет заявку на аттестацию, он должен иметь разряд нс ниже 4-го. Аттестация специалист» сварочного производства Аттестация проводится на присвоение II, 1И или IV уровня по направлению их деятельности на объектах, подконтрольных 1 ЪсIортехнадзору России. К атгсстации допускаются инженерно-технические работники, имеющие требуемый уровень образования и стаж работы. Аттестация также делится на первичную, дополнительную, периодическую и внеочередную. Аттестованные лица подучают аттестационные удостоверения установленной формы. Срок действия аттестации при первичной аттестации для сварщиков — 2 года, для специалистов II и III уровней - 3 года, а IV уровня — 5 лет. Понятия терминов общий экзамен и специальный экзамен следующие: Общий экзамен — экзамен на знание основных положений теории и практики сварочного производства. Специальный экзамен — экзамен на знание о с о б е н н о с т е й технологий сварною производства к о н к р е т н ы х объектов, свар 39В Сварочные работы ку которых выполняет (обеспечивает) сварщик или специалист сварочного производства. Аттестация сварщиков начинается с практического экзамена. Если сварщик нс выдержал практический экзамен, то к дальнейшей аттестации он нс допускается. На общем экзамене сваршику задают 20 вопросов по теоретическим основам сварки, а на специальном экзамене 15 произвольно выбранных вопросов п соответствии со способом сварки, по которому он аттестуется. Выбор вопросов проводит комиссия по сборникам экзаменационных допросов по общему и специальному экзаменам. Каждый из сборников должен содержать не менее 150 вопросов. Экзамен проводится в письменной форме с дополнительным собеседованием. Если сварщик ответил правильно нс менее чем на 80% вопросов, он считается выдержавшим экзамен Если сварщик выдержал только практический экзамен и один из теоретических» то ему разрешается пересдача несданного экзамена по дополнительной заявке в течение одного года со дня первого экзамена, но не ранее чем через месяц после сдачи экзаменов. В заявках указывается способ сварки, на который аттестуется сварщик. Почти все марки сталей, применяющиеся для сварных конструкций (183 марки) распределены в шесть групп, по степени нарастания технологических сложностей их сварки, и если сварщик выдержал испытания для марки стали из 4-й группы, то он допускается к сварке любой марки сталей, относящейся к 1 -й, 2 -й и 3-й группе, но нс допускается без дополнительной аттестации к сварке марок сталей, отнесенных к 5-й ipyimc. Контрольные сварные соединения подвергаются нсразрушаю- шему и разрушающему контролю Особенность новых правил еще и в том, что вместо испытания образцов на растяжение применяется испытание на статический изгиб (или сплющивание — для труб) Испытания на излом применяются только взамен радиографического контроля, но не оба метода контроля вместе. Все остальные варианты и методы контроля образцов изложены в 1 1 равилах отдельной таблицей. Глава М. Ответственные конструкции. Аттестация сварщиков 399 Визуальный контроль проводится невооруженным глазом, либо с применением лупы 4- 7-кратного увеличения. Аттестация по сварке стыковых соединений труб распространяется на сварку стыковых сварных соединений листов. Если для изделия применяется сталь, не вошедшая в группы, то проводится отдельная аттестация, которая распространяется на сварку деталей только из этой стали. Аттестационное удостоверение теряет силу в случаях: • истечения срока действия; • перерывов в работе по сварке более 6 мес.; • отрицательного заключения медицинской комиссии, • несоответствия качества работ установленным требованиям. По истечении первого срока действия удостоверение может быть продленоЛЦ, проводивппш аттестацию при условии ходатайстве места работы сварщика при положительном заключении медицинской комиссии — на срок I год, но не более двух раз подряд с оформлением протокола. По истечении двух сроков действия (4 гола) аттестационного удостоверения проводится периодическая аттестация а полном Объеме. Порядок проведения аттестации специалистов сварочною производства Для аттестации также представляется заявка в АЦ. Аттестация состоит из трех экзаменов: общего, специального и на знание правил безопасности Госгортехнадзора по объектам производственной деятельности. Специалисты с высшим техническим или средним техническим образованием по «арочному производству, работающие по специальности, оснобожлаклся от сдачи общего экзамена. На общем экзамене специалисту залают 30—50, а на специальном — 20—30 произвольно выбранных вопросов и он выполняет практическое задание в соответствии с направлением своей производственной деятельности. Экзамен на знание правил безопасности Госгортехнадзора проводится по отдельным экзаменационным билетам. Форма проведения экзаменов такая же, как и для сварщиков. Специалист считается выдержавшим экзамен, если правильно ответил не менее чем на 80% заданных вопросов на каждом экзамене и выполнил практическое задание на специальном экзамене. Пели специалист нс выдержал один или два экзамена, ему разрешается 400 Сварочные работы пересдача в течение 6 месяцев со дня первого экзамена. Аттестованные специалисты получают удостоверение. Но истечении первого срока действия удостоверение может быть продлено АЦ, выдавшим удостоверение, на основании ходатайства с места работы аттестованного специалиста. Удостоверение продлеваемся на срок нс более одного года для специалистов II и III уровнен, и не более 2,5 лет для специалистов IV уровня, но не более трех раз подряд для специалистов II и III уровней и не более двух раз для специалистов IV уровня. Периодическая аттестация в полном объеме проводится по истечении двух сроков действия аттестационного удостоверения (т. е. 3 + 3 или 5 + 5 лет). 9 Контрольные вопросы к главе 14 • ■■ / Назовите основные группы ответственных металлоконструкций. 2. Для чего проводится аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства ? 3. Каков порядок аттестации сварщиков? 4. Расскажите условия и порядок аттестации специалистов сварочного производства. Литература 1. Алешин Н.П., Щербнискмй В.Г. Контроль качества сварочных рабог. — М.: Высшая школа, 1986. — 208 с. 2. Асиновская ПА., Жураннцкий Ю.И. Газовая сварка чугуна. — М.: Машиностроение, 1974. — 96 с. 3. Вонпоп В.П., Волдыре в Р.Н. Технология и оборудование сварки трением. — М.: Машиностроение, 1985. — 64 с. 4. Колганов Л.А. Сварочное производство. — Ростов н/Д: Феникс, 2002. — 512 с. 5. Лужанскнй И.Б. Прогрессивные способы наплавки. М.: Машиностроение, 1984. — 56 с. 6. Некрасов Ю.И. Применение газов-заменителей ацетилена при шопламешюй обработке металлов. — М.: Машиностроение, 1983. — 37 с. 7. НТК «Славянооские чтения» / Сборник научных трудов РНТСО. — М., 2000. — 102 с. 8. ОСТ 9.02.10-95. Государственный стандарт начальною профессионального образования по профессии «Сварщик*. 9 Правила аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства.ТТБ 03-273-99. - М.: ПИО ОБТ, 2000. - 140 с. 10. РТМ 24.940.06—73. Сварка серого чугуна. — М.: Н И И И Н ФОРМТЯЖМАШ, 1974. - 56 с. 11. Рыбаков В.М. Дуговая и газовая сварка. — М.: Высшая школа, 1986. — 208 с. 12. Сварка в машиностроении. Т. 3 / Под ред. В.А. Винокурова. — М.: Машиностроение, 1979. — 568 с. 13. Сварочные материалы для дуговой сварки. Т. 1 / Под ред. Н.Н. Потапова. — М.: Машиностроение, 1989. — 544 с. 402 Сварочные работы 14. Силлнв З.А., Тарлннскнй ВД. Современные тины покрытых электродов и их применение для дуговой сварки сталей. — М.: Машиностроение, 1984. — 64 с. 15. Соколов И.И. Газовая сварка и резка металлов, — М« Высшая школа, 1986. — 304 с. 16. Стеклов О.И. Основы сварочного производства. — М.: Высшая 17. Сувоев И.Н. Элементы сопротивления материалов. — Л.: Ленизлат, 1968. — 142 с. школа, 1986. — 224 с. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................................................................... 3 ВВЕДЕНИЕ ...................................................................... ~.......................... 4 Глава /. ОС НОВЫ ТЕОРИИ СВАРКИ ........................................................... 9 1.1. Основные понятия ........................................................................... 9 1.2. Виды, способы, метопы сварки ......................................................13 1.3. Электродуговая сварка....................................................................15 1.4. Соединения и швы ..........................................................................18 1.5. Виды подготовки кромок ...............................................................21 1.6. Система обозначения сварки..........................................................23 1.7. Сварочная луга ................................................................................25 1.8. Тепловая мощность дуги .............................................................. 29 1.9. Магнитное дутье ....................................................................... 30 1.10. Сварочное пламя ...........................................................................34 Глава 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ ..........................................................38 2.1. Сварочная и наплавочная проволока ............................................38 2.2. Электроды ...................................................................................... 41 2.3. Характеристики электродов ........................................................ 47 2.4. Ли ше твердые сплавы ...................................................................51 2.5. Порошкообразные (зернообразные) твердые сплавы ............... 52 2.6.......................................................................... Сварочные флюсы ± ..................................................................................... 53 2.7. Газы для защиты сварочной ванны ................ .... .........................56 Сварочные работы 404 2.8. Изготовление электродов ............................................................... 61 Материалы для газосварки и резки ................ .. — ....... .. .......... 63 2.9. 2.10. Металлургия сварки ...................................................................... 74 2.11. Сварочные деформации и напряжения ...................................... 82 Глава 3. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И РЕЗКИ..................................................................................................... 90 3.1. Сведения о сталях ....................................................................... 90 3.2. Свариваемость сталей ................................................................... 96 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. 3.2.5. 3.3. Сварка малоуглеродистых сталей ...................................... 101 Сварка угольными электродами .......................................... 112 Сварка углеродистых сталей .............................................. 114 Сварка легированных сталей .......... .................................. 115 Сварка высоколегированных сталей..................................... 122 Сварочные источники питания дуги ........................................... 126 3.3. 1. Основные понятия................................................ .. ....— 126 3.3.2. Процессы в сварочной дуге.............. .... ................................ 127 3.3.3. Перенос электродного металла............................................ 135 3.3.4. Саморегулирование дуги ....................................................... 137 3.3.5. Источники питания сварочной дуги.................................... 138 3.3. б. Требования к источникам питания дуги ............................. 142 3.3.7. Характер работы сварочных источников тока ................. 143 3.3.8. Сварочные генераторы......................................................... 145 Генератор с независимым возбуждением и размагничивающей поаедователыюй обмоткой ................ 149 3.3.10. Генератор с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой... 150 3.3. И. Выпрямители..................................................................... 152 3.3.12. Сварочные трансформаторы............................................ 162 3.3.13. Источники питания для сварки алюминия ......................... 170 3.3.14. Специализированные источники питания......................... 174 3.3.15. Источники питания для плазменных процессов ------------- 177 3.3.16. Импульсные источники питания дуги ( И П И Д ) ............ 181 3.3.17. Плазменная сварка .............................................................. 187 3.3.18. Резка металла плазменной дугой ...................................... 188 3.3. IV. Машина для термической резки «Ритм» .......................... 194 3.3.9. 405 Оглавление Глава 4. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА .................................. 197 4.1. 4.2. Общие сведения .... ..................................................................... 197 Баллоны для ацетилена ................................................................. 200 4.3. Баллоны для пропан-бутана ......................................................... 204 4.4. Баллоны для кислорода................................................................. 204 4.5. Вентили баллонов ..................................... .. — .......................... 205 4.6. Редукторы для регулирования газов ............. .......... ................. 207 4.7. .................................................................................................. Переносные генераторы для получения ацетилена ............................ 212 4.8. Предохранительные газовые затворы ......................................... 220 4.9. Рукава (шланги) для газов .............................................. ~ ........ 224 4.10. Горелки доя сварки ..................................................................... 226 4.11. ................................................................................................ Заме! 1 итсли ацетилена ......................................................................... 231 4.12. ................................................................................................ Горелки дня газов — заменителей ацетилена ..................................... 234 4.13. Газовая сварка ............................................................................. 239 4.14. Кислородная резка ...................................................................... 245 4.15. Устройство газовых резаков ........................................ ........... 249 4.16. Машинная кислородная резка .................................................... 254 Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ........................................... 257 5.1. Сварка в защилшх газах ............ ... ............................................... 257 5. /. /. Газовая защита сварочной ванны ........................................ 257 5.1.2. Механизмы подачи сварочной проволоки .............................. 259 5.1.3. Порошковая сварочная проволока ......................................... 264 5.2. Сварка под флюсом ....................................................................... 266 5.3. Электрошлаковая сварка (ЭШС) .................................................. 270 5.4. Аргоно-дуговая сварка стали ..................................................... 273 Глава 6. НАЗНАЧЕНИЕ И СПОСОБЫ НАПЛАВКИ ................................. 275 Сварочные работы 406 6.1. Сведения о наплавке .................................................................... 275 6.2. Материалы для электродуговой наплавки .................................. 276 6.3. Материалы для механизированной наплавки ............................. 278 6.4. Вибродуговая наплавка ........................................... — .............. 278 6.5. Плазменно-порошковая наплавка ................................................ 282 Глава 7. СВАРКА ЧУГУНА .......................................................................... 284 7.1. Чугун и его свариваемость .......................................................... 284 7.2. Горячая сварка ............................................................................. 287 7.3. Холодная сварка ........................................................................... 288 7.4. Пайкосварка чугуна чугунным припоем ................ .................... 290 7.5. Пайкосварка чугуна латунными припоями ................................. 290 7.6. Электродугоная холодная сварка чугуна .................................... 292 Глава 8 С ВАРКА АЛЮМИНИЯ, МЕДИ, ЛАТУНИ, БРОНЗЫ ................................................................................................... 295 8.1. Свойства алюминия и его свариваемость .................................. 295 8.2. Сварка алюминия угольным электродом .................................... 297 8.3. Сварка алюминия покрытыми электродами ............................... 297 8.4. Автоматическая сварка алюминия по флюсу ............................. 298 8.5. Аргоио-дуговая сварка алюминия ............................................... 299 8.6. Газовая сварка алюминия ........................................................... 301 8.7. Сварка меди ................................................................................... 303 8.8. Сварка меди угольным электродом ............................................. 305 8.9. Ручная дуговая сварка меди покрытыми электродами.... 306 8.10. Автоматическая сварка меди ..................................................... 306 8.11. Газовая сварка меди .................................................................... 307 8.12. Сварка латуни .............................................................................. 308 8.13. Сварка бронзы .............. .. ........................................................... 309 Оглавление 407 Глава 9. КОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРОСВАРКА .............................................. 31! 9.1. Основные понятия ........................................................................ 311 Глава 10. СВАРКА ТРЕНИЕМ •••••••••••••••••••••••••••••••••••••♦«•••••••••в* 316 10.1. Основные снедения ........ ................................................. ........ 316 10.2. Применение сварки трением и режимы .................................... 318 10.3. Оборудование .............................................................................. 320 Глава 11. ПАЙКА ........................................................................................... 323 ИЛ. Сведения о пайке ............................................................................. 323 11.2. Припои ......................................................................................... 324 11.3. Пайка с нагревом ТВЧ ............................................................... 326 11.4. Марки припоев ........................................................................... 327 Глава 12. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ..................... 329 12.1. Разв1 ггие металлических конструкций ..................................... 329 12.2. Основы проектирования конструкций ...................................... 331 12.3. Структура и прочность стали ................................................... 333 12.4. Свойства стали при растяжении ................................................ 334 12.5. Свойства стали при сжатии ........................................................ 335 12.6. Понятия о расчетах прочности ................................................... 336 12.7. Усгойчивосчь сжатых стержней (стоек) ................................... 339 12.8. Технология сварочного производства ....................................... 344 12.9. Технологическая документация ................................................. 351 12.10. Технология сварки рахличных конструкций .......................... 355 1210. /. Трубчатые конструкции ........................................................ 355 12.10.2 Арматура железобетона.................................................. 355 1210.3. Листовые конструкции..................................................... 357 12.10.4. Решетчатые и баючные конструкции ............................. 358 12.11. Виды контроля качества ........................................................... 362 12.12. Дефекты сварки ....................................................................... 364 Сварочные работы 408 12.13. Средства для обнаружения дефектов ...................................... 367 12.13.1. 12.13.2 12.13.3. 12.13.4. 12.13.5. Этапы контроля .............................................................. 367 Радиационная дефектоскопия .......................................... 368 Контроль ультразвуком .................................................... 371 Магнитографический контроль........................................ 374 Способы катшярного контроля ....................................... 379 Глава 13. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ............................................................ 384 13.1. Источники вредности для здоровья .......................................... 384 13.2. Эдектробеэопасность .................................................................. 386 13.3. Безопасная эксплуатация установок газопитания ................... 387 13.4. Защитные мероприятия .............................................................. 389 Глава 14. ОТВЕТСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ. АТТЕСТАЦИЯ СВАРЩИКОВ ............................................................. 391 14.1. Основные понятия..................................................................... 391 14.2. ............................................................................... Опасные технические устройства ............................................................................ - ......... ... 392 14.3. Аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства по П Б 03-273-99 ...................................................... 394 14.3.1. Краткий комментарий некоторых вопросов аттестации.......................................................................... 394 Литература .......................................................................................... 401 С»няпф«ю->пипгм1ми1гп1чсс*гс -включение 77 94 0? 953 Д002261.04 01 от 26 04 2001 Лицагшя ИД .Nit 06473 or 19 декабря 2001 Подписано о нош ь 02.072003. ФорыатЗММ |/16 Печать офсетная Бумага ппепшя Псч л 25.S. Тираж 5000 ж». Звкка № 2431 М1лятелкя»-тор1Г«м корпорации «Дошке» ик'и 129347. Москва, Ярг-слввсксс ш_ л. 142,к 732 Для писем 129347. Мсмлпш, n/о И-347 Тел/факс. (095) 183-93-01. 182-11-79.182-01-58 F.-mail wlis dad’Jwiv iii шлепиршы* ire mirfcctfnrclcom ru. oflicog-dushkov m -CK}IMC. lillp //w\vw daslikov TU О тешимо c i uniuix дишиип кьои я ФТУ11 «ПИК ШI HI Г11 fo. 140010, г Люберцы Московской овя, Оггябрмжнй пр-г, 403 Тел 554-21-86

сварочные работы

Related documents

Products

Support

сварочные работы

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib