Тема: Особливості зварювання чавуну.
ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Зва́рювання чавуну́ — технологія зварювання виробів з чавуну. Чавун належить до важкозварних металів через вміст великої кількості вуглецю та низьку пластичність. Зварювання чавуну набуло поширення як засіб виправлення браку чавунного литва, ремонту чавунних виробів, а іноді й при виготовленні конструкцій. Зварювання чавунів може проводитись електродуговим методом плавкими або неплавкими електродами з підігрівом чи без нього а також методом газового зварювання.
Ще в давні часи для створення цілісних конструкцій з металевих елементів, стали застосовувати різні методи з’єднання компонентів. Тоді люди лиш починали вивчати все про зварювання. Докази – золоті прикраси з елементами олов’яної пайки, виявлені при археологічних розкопках єгипетських пірамід і поперечний паяний шов на металевих водопровідних трубах Помпеї.
З виникненням виробництва з виготовлення предметів способом лиття розплавленої сировини в підготовлену ємність і подальшим його охолодженням, з’явилося ливарне зварювання. Використовувався метод, при якому деталі, що потребують з’єднанні, містилися в форми, а місце їх злиття заливалося розплавленим металом.
Високий рівень у зварці досягнутий в 60-і роки. Тоді у електрозварюванні почали використовувати кілька типів електродів. Даний процес прискорює плавлення, покращує експлуатаційну динаміку.
Вісімдесяті роки 20 століття ознаменували собою нову сходинку в розвитку зварювальних робіт – почалися розробки газолазерного різання.
В даний час зварювання є провідним технологічним процесом сучасної промисловост
ОГРАНІЗАЦІЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ
Робочим місцем електрозварника є закріплений за робітником або бригадою
ділянка виробничої площі, оснащеної відповідно до вимог здійснюваного
технологічного процесу певним устаткуванням, інструментом, пристосуваннями і т.д.
При обслуговуванні робочого місця необхідно:
1. своєчасно отримувати змінні завдання, наряди і креслення;
2. підтримувати устаткування в працездатному стані;
3. своєчасно доставляти на робоче місце матеріали, заготовки, електроди і т.п.;
4. контролювати якість продукції, що виготовляється;
5. підтримувати належний порядок на робочому місці.
Робоче місце електрозварника називають зварювальним постом. Він може бути стаціонарним або пересувним.
Залежно від виконуваної роботи і габаритів зварюються конструкцій зварювальний пост розташовують у спеціальних зварювальних кабінах або безпосередньо на виробі.
Робочі кабіни служать для захисту зварників від випромінювання дуги в постійних місцях зварювання.
При зварюванні невеликих виробів робочі місця обладнують зварювальними
кабінами розміром 2000x2000 або 2000х3000 мм. Стіни кабін мають висоту 1800 ...
2000 мм, а для кращої вентиляції підняті над підлогою на 200 ... 300 мм. В якості
матеріалу для стін використовують тонколистову сталь або вогнетривкі матеріали
Стіни фарбують у світлі тони вогнестійкою фарбою, яка добре поглинає ультрафіолетові промені зварювальної дуги. Дверний отвір в кабіні закривають брезентовою завісою на кільцях, просоченим вогнестійким складом. Підлогу в кабінах настилають з вогнетривкого матеріалу: цегли або бетону. Кабіни повинні бути освітлені денним або штучним світлом, а також оснащені вентиляцією. Крім загальної вентиляції в них встановлюють місцеві відсмоктувачі, що поглинають шкідливі гази і пил безпосередньо із зони зварювання.
Для складання і зварювання деталей усередині кабіни встановлюють металевий
зварювальний стіл висотою 500 ... 600 мм для роботи сидячи і близько 900 мм для
роботи стоячи площею близько 1м2. До столу приварюють сталеві болти для
кріплення струмопідвідних проводів від джерела зварювального струму і для проводу
заземлення столу. Збоку столу є гнізда для зберігання електродів. У шухляді столу
зберігають інструмент, а також технологічну документацію. Для зручності роботи в
кабіні встановлюють металевий стілець з підйомним сидінням, виготовленим з
неелектропровідного матеріалу (дерево, пластмаса та ін.) Під ногами у зварника
повинен знаходитися гумовий килимок.
ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Підготовка деталей та вузлів до зварювання. Перш, ніж приступити до зварювання металевих виробів, необхідно їх підготувати. Безпосередньо підготовка металу під зварювання складається з декількох етапів. Спочатку метал піддається правці, потім здійснюється розмітка і різання виробу, його зачистка і підігрівання. На завершальній стадії виконується гнуття і обробка кромок. Ці процедури потрібні для того, щоб добитися якісного з’єднання елементів конструкції.
Варто пам’ятати: іржа, частинки металу, інші елементи, що залишилися на поверхні, перешкоджають якісному зварюванню.
Тому важлива правильна підготовка деталей до зварювання, яке дозволяє поліпшити зварюваність. Кількість процедур, які необхідно виконати при підготовці деталей під зварювання, може розрізнятися залежно від конкретної ситуації-міри забрудненості, деформації заготівель, об’єму робіт і інше. Правка металу-особливості процесу
Металеві заготівлі при транспортуванні або з іншої причини можуть деформуватися. В цьому випадку виникають складнощі з їх стикуванням в області зварювання, що призводить до зниження якості зварного шва.
Тому обов’язково виконується правка виробу. Залежно від розмірів заготівель і складності викривлених ділянок застосовується холодна або гаряча правка. Вона виконується вручну або спеціальними пристосуваннями. Плити з чавуну і сталі вручну виправляють молотком або кувалдою. При необхідності створити більший тиск застосовується ручний прес. Він є гвинтовим апаратом з двома плитами, між якими укладають деталі з деформованими ділянками, і виправляють їх під високим тиском.
Якщо вручну виправити деформацію неможливо, використовуються спеціальні пристосування-зокрема, листоплавильні верстати або преси різних типів. Ці пристрої працюють на електродвигунах, що виробляють необхідну для роботи потужність, для передачі якої використовуються редуктори. Таким чином вдається збільшити тиск на викривлені ділянки.
Особливості розмітки заготівель
Виділяють декілька способів розмітки: ручне, оптичне, мірне різання. При ручній розмітці використовуються прості інструменти для вимірів-наприклад, лінійка або штангенциркуль. Якщо розмічається невелика партія однотипних заготівель, застосовуються виготовлені з алюмінію або профільованих листів шаблони. Ручний спосіб відрізняється трудомісткістю і низькою швидкістю виконання роботи.
При оптичному способі нанесення розмітки застосовуються розмітно-маркувальні машини. Їх перевага полягає у високій швидкості-до10 метрів в хвилину. Щоб розмітити заготівлю, необхідно запрограмувати апарат під встановлені параметри. Для нанесення розмітки в цих пристроях використовується пневматичний крен.
Технологія мірного різання не припускає нанесення розмітки на профілі - в цьому випадку в спеціальні машини закладається програма з вказівкою конфігурації і розмірів заготівель. В результаті апарат відразу ріже виріб під задану форму. Різання металу
Варто відмітити, що термічне різання - це універсальна технологія, яка дозволяє розрізати вироби в різних напрямах, як прямолінійно, так і криволінійно.
Етапи підготовки кромок
Зачистка виробу
Не варто забувати про оксидну плівку, яка утворюється на поверхні металів при їх контакті з повітрям. Вона є жаростійкою, перешкоджає якісному зварюванню. Видалити її можна як болгаркою, так і вручну, щіткою з металу.
На виробництві деталі зачищаються піскоструминними і дрібноструйними апаратами. Також робиться хімічна чистка-шляхом занурення виробів на певний час у ванну з хімічними реагентами. Цей тип очищення в основному використовується при підготовці деталей з кольорових металів, а чорні, сталеві заготівлі зачищаються вручну.
Підготовка кромок під зварювання
Кромки заготівель, особливо великої товщини, заздалегідь необхідно зачистити і надати їм потрібної геометричної форми. Виділяють плоскі, V – образні і Х-образні кромки. Плоскі кромки використовуються при з’єднанні тонких виробів, другі два види-при стикуванні товстих заготівель.
Важливо: кромки не обробляються, якщо товщина деталі не більше3 мм.
Для підрізування кромок при підготовці труб до зварювання холодним способом використовуються верстати або ручні інструменти. Термічний спосіб припускає використання пальників-ручних або автоматичних.
Холодна підготовка металу до зварювання вважається якіснішою. В цьому випадку в рази підвищується точність зборки кінцевого виробу. А після термічної обробки фаски частенько треба довести до правильних розмірів і форми, особливо коли здійснюється підготовка труб під зварювання .
Зборка виробів під зварювання
До зборки виробів пред’являються наступні вимоги:
Зборка здійснюється після того, як повністю завершена підготовка поверхні металу під зварювання. До місць з’єднання деталей треба забезпечити вільний доступ. Усі заготівлі мають бути надійно скріплені, щоб уникнути деформації при зварюванні.
ТЕХНОЛОГІЯ ЗВАРЮВАННЯ
Чавуни відносяться до категорії важкозварюваних сплавів. Труднощі при зварюванні
зумовлені його хімічним складом, структурою та механічними властивостями.
Чавунні деталі, які тривалий час працюють при високих температурах, майже не
піддаються зварюванню через окиснення вуглецю й кремнію під впливом високих температур(300-400°С і вище). При цьому чавун стає крихким і його називають горілим.
Погано зварюються чавунні деталі, які тривалий час знаходилися у дотику з маслом і гасом. При цьому поверхня чавуну насичується маслом і гасом, які при зварюванні згоряють і утворюють гази, сприяючи появі пор у шві.
Низька пластичність чавунів призводить до появи тріщин і напруг при зварюванні. Ці
напруги можуть бути внутрішніми, які виникають при нерівномірному нагріванні та
охолодженні, й зовнішніми, які виникають від перенавантажень при експлуатації виробу.
Ще однією трудністю зварювання є схильність чавуну гартуватись при швидкому
охолодженні. На загартованих ділянках чавун стає твердим (800 НВ) і не піддається
механічній обробці. Утворення гартованих структур супроводжується появою напруг та утворенням тріщин. Питома густина загартованої мікроструктури (мартенсит) значно нижча питомої густини заліза й ця різниця призводить до виникнення напруг і тріщин між зернами.
Здатність чавуну до відбілювання при швидкому охолодженні призводить до утворення відбіленого шару на металі шва та основному металі. Цей шар має низьку пластичність і під впливом розтягуючої сили, яка утворюється при охолодженні, разом із наплавленим металом відколюється від основного металу або спричинює утворення тріщин.
Чавуни не мають тістоподібного стану при переході від рідкого стану в твердий, що
утруднює його зварювання в різних просторових положеннях.
Швидкий перехід з рідкого стану в твердий та низька температура плавлення (1142°) призводять до утворення пор. Тому гази (СО і СО 2 ) не встигають виділитись з металу. Високоміцні і ковкі чавуни (дрібнозернисті) зварюються краще сірих. Дрібнозернисті сірі зварюються краще крупнозернистих. Погано зварюються чорні чавуни, які на зломі мають крупнозернисту структуру темного кольору.
Розрізняють такі способи зварювання чавуну:
— холодне (без попереднього підігріву);
— гаряче (з підігрівом до 600-700°С);
— напівгаряче (з підігрівом до 300-400°С).
Холодне зварювання:
Для холодного зварювання чавунів використовують сталеві електроди із звичайним
покриттям; сталеві електроди із спеціальним покриттям; спеціальні електроди, що мають стрижні з мідно-нікелевих сплавів; залізонікелевих , міді (із залізним порошком у покритті),
хромонікелевого сплаву з мідною оболонкою, чавуну з підвищеним вмістом нікелю; звичайні покриті електроди з використанням шпильок, анкерів і сталевих планок; порошковий дріт; газове зварювання.
Використовуючи електроди з різних сплавів із покриттям різноманітного складу, можна одержати метал шва з необхідною міцністю й в’язкістю, але уникнути гартування в зоні плавлення при зварюванні без підігріву виробу не вдається. Можна тільки зменшити товщину загартованого шару, використовуючи багато - прохідне зварювання на малих зварювальних струмах.
Зварювання та наплавлення чавунів сталевими електродами виконують без підігріву з
використанням зварювального дроту марок Св-08 і Св-08А. Використовують електроди з тонким і товстим (якісним) покриттям. Для відповідальних робіт використовують якісні електроди. Зварювання необхідно виконувати за такими правилами: мінімальне проплавлення чавуну за рахунок використання електродів малого діаметра та малих струмів; зварювання короткими ділянками довжиною 40-60 мм з перервами для їх охолодження до температури 60- 80°С; послідовне накладання валиків на різних ділянках шва; підсилення шва останніми шарами за висотою й шириною.
Гаряче зварювання:
При гарячому зварюванні чавунів вироби попередньо нагрівають до температури 600- 700°С. Для зварювання крупних конструкцій застосовують місцевий підігрів. Гаряче зварювання можна використовувати для виробів обмежених розмірів і маси (до 2,5 т).
При підготовці дефектів до зварювання їх детально очищають від забруднень, розчищають кромки для кращого доступу зварювальної дуги, виконують формування для запобігання витіканню металу із зварної ванни. Формування виконують графітовими й вугільними пластинами, скріпленими формувальною масою із кварцового піску. Форму просушують ізпоступовою зміною температури від 60 до 120°С. Щоб запобігти збільшенню тріщин їх кінці засвердлюють. Неглибокі тріщини заварюють без розчищання кромок (до 5 мм), а при більшій глибині їх повністю розчищають.
Вироби підігрівають у печах, горнах, спеціальних нагрівальних ямах до температури 600-700°С, а в деяких випадках і до 850°С. Нагрівання до таких високих температур необхідне для зниження швидкості охолодження металу шва і надання йому відносно високих пластичних властивостей та можливості виконання механічної обробки.
Зварювання виконують електродами ОМЧ-1, які складаються з чавунного стрижня марки Б і спеціального покриття товщиною 1,2-1,5 мм. Зварювання виконують на змінному або постійному струмі прямої полярності при підвищених режимах (900-1000 А) окремими ваннами. Після кристалізації завареної ділянки графітова пластина переставляється і зварюється наступна ділянка — і так без тривалої перерви до закінчення зварювання.
Охолодження виробів виконується з низькою швидкістю, інколи протягом 3-5 діб.
Підготовка до охолодження полягає у тому, що після закінчення зварювання поверхню металу шва засипають шаром дрібного порошку деревного вугілля, а весь виріб з усіх сторін закривають азбестовими листами та сухим піском або охолоджують у печі.
При дуговому зварюванні метал зварної ванни підтримують у рідкому стані до повного заповнення дефекту. Це забезпечує найбільш повне виділення газів і неметалевих включень із металу шва й рівномірну структуру в металі шва та біляшовній зоні.
Зварювання чавунів із нагріванням до 250-400°С називають напівгарячим і
використовують коли необхідно виправити невеликий дефект складної деталі або дефект, розташований на масивній деталі в такому місці, де скорочення від нагрівання при зварюванні не зустрічає великого опору. За технікою виконання й використанням матеріалів напівгаряче зварювання не відрізняється від гарячого.
Найкращі результати дає гаряче зварювання. При цьому зменшується швидкість
охолодження металу, що забезпечує повну графітизацію металу шва та відсутність
вілбілюванняв біля шовній зоні, а також виключає можливість появи зварних напруг.
Спосіб холодного зварювання потребує менших затрат, але при накладанні валика на
холодну поверхню чавуну внаслідок швидкого відводу тепла в біляшовній зоні утворюються відбілені ділянки, а метал шва стає крихким.
Найпоширеніше зварювання чавуну плавким електродом, неплавким вугільним електродом, газовим зварюванням. У якості присаджувального металу використовують низьковуглецевусталь, чавун і кольорові метали.
КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ РОБОТИ
Контроль якості зварних з’єднань буває: неруйнівний (контроль зовнішнім оглядом і виміюванням, акустичний, капілярний, магнітний, оптичний, радіаційний, радіохвильовий, тепловий, електричний, електромагнітний) руйнівний (механічні випробування зварних з’єднань).
Контроль зовнішнім оглядом і вимірюваним здійснюють так. Насамперед перевіряють вихідні матеріали, заготовки і складання під вварювання. У литих виробах і металопрокаті перевіряють наявність сертифікату, заводського маркування і відповідність їх проекту. Зовнішнім оглядом установлюють наявність раковин, розшарувань, тріщин, якість скосу кромок, відповідність хімічного складу й механічних властивостей, порушення вимог до складання під зварювання й технології його виконання.
Застосовуючи спеціальні шаблони та лінійки, перевіряють якість зрізу кромок, наявність і розмір притуплення, розмір і рівномірність зазору. При зварюванні сталей, зокрема тих, що гартуються, завтовшки більше 20 мм поверхні прихваток старанно перевіряють на наявність тріщин.
Прихватки з тріщинами мають бути видалені, місця основного металу, де вони містилися, оглядають за допомогою лупи і тільки після цього виконують нові прихватки із застосуванням особливих технологічних прийомів, наприклад підігріву.
Зварювальні електроди піддають зовнішньому огляду для виявлення механічних пошкоджень покриття, відсутності корозії стрижня, вимірюють товщину покриття.
Покриття електродів діаметром до 4 мм і більше не повинне руйнуватися при вільному падінні електрода на гладку сталеву плиту з висоти 1 м і 0,5 м відповідно. Допускаються часткові відколи покриття не більше ніж 5 % довжини покритої частини електрода. Придатність електродів установлюють за результатами технологічної проби. При цьому визначають характер плавлення електродного стрижня і покриття, якість формування зварного шва, ступінь розбризкування, утворення «дашка», легкість відокремлення шлаку тощо. Оглядом поверхні шва визначають наявність зовнішніх пор.
Зварювальний дріт перевіряють на чистоту поверхні від оксидів, іржі та забруднень. При відповідності властивостей дроту сертифікату й вимогам стандартів забруднення, які є на поверхні, можуть бути очищені механічним або хімічним способом.
Використання дроту з мідним покриттям виключає можливість утворення іржі та сприяє утворенню якісних зварних швів.
У разі потреби виконується технологічна проба, за якою встановлюють якість формування зварного шва, ступінь розбризкування, легкість відокремлення шлаку, утворення пор, так само, як і у випадку перевірки електродів.
Зварювальний флюс перевіряють шляхом перевірки грануляції та технологічної проби, що дає змогу, як і у випадку перевірки електродів і зварювального дроту, визначити за зовнішнім оглядом шва і його зламу якість формування, поро- й шлакоутворення, відокремлення шлаку. При зварюванні відповідальних конструкцій флюс перед роботою перевіряють на гранулоутворювальний склад, однорідність, насипну щільність і забрудненість. Якщо вологість перевищує 0,1 %, флюс просушують.
Захисні гази (вуглекислий, аргон) за наявності сертифікатів заводу-виробника піддають контролю тільки тоді, коли у зварних швах, які виконані з їх використанням, виявляють недопустимі дефекти.
Візуальне спостереження за процесом зварювання дає змогу не допустити значної частини дефектів зварного шва. Правильність режиму зварювання контролюють за зовнішнім виглядом зварного шва, перевіряють ефективність газового захисту. Після зварювання кореневих швів і зачищання їх від шлаку контроль за допомогою лупи уможливлює своєчасне виявлення появи тріщин. На цьому етапі дуже важливим є самоконтроль, який виконує зварник. Він перевіряє стабільність підтримування режиму, що особливо важливо при механізованому зварюванні. Він оглядає кратери, які утворюються при закінченні горіння електрода або в разі вимушеної зупинки процесу.
Готові зварні вироби підлягають приймальному контролю: за допомогою лупи оглядають зварні шви та поверхню виробу в зоні термічного впливу та виявляють підрізи, поверхневі пори, свищі, напливи, пропали, незаварені кратери, тріщини, непровари, а застосовуючи спеціальні шаблони, перевіряють розміри швів, ширину, висоту підсилення, плавність переходу від підсилення до основного металу, катет шва. Якщо зварні з’єднання мають бути водо- й газостійкими, то надійність зварної конструкції характеризуватиметься герметичністю.
БЕЗПЕЧНІ УМОВИ ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Розглянуті методи зварювання вимагають дотримання певного комплексу правил
техніки безпеки і охорони праці, які повинні знаходити відображення в
технологічних картах і строго дотримуватися при виконанні зварювальних робіт. Для всіх зазначених методів зварювання плавленням в тій чи іншій мірі існує можливість небезпечних впливів на зварювальника у зв’язку з наступними чинниками:
1) ураження електричним струмом при дотику людини до струмоведучих частин
електричного кола;
2) ураження променями електричної дуги очей і відкритої поверхні шкіри;
3) опіки від крапель металу і шлаку при зварюванні;
4) отруєння шкідливими газами, що виділяються при зварюванні і при забрудненні
приміщень пилом і випарами різних речовин;
5) вибухи через неправильне поводження з балонами стисненого газу або із-за
виробництва зварювання в ємностях з-під горючих речовин, або виконання
зварювання поблизу легкозаймистих і вибухонебезпечних речовин;
6) пожежі від розплавленого металу і шлаку в процесі зварювання;
7) травми різного роду механічного характеру при підготовці важких виробів до
зварювання і в процесі зварювання.
Як свідчать статистичні дані, 80% травм зварників пов’язано з транспортними
операціями важких металевих виробів.
Запобігання небезпеки ураження електричним струмом.
Враховуючи непостійну величину електричного опору людського тіла (так, при
сухій шкірі, наприклад, опір становить 8000-20000 Ом, а при вологих руках,
пошкодженнях шкіри опір знижується до 400-1000 Ом), безпечними вважають
напругу не вище 12 В (переносне освітлення).
Якщо зварювальник працює в тісному приміщенні, може мати більшу площу контакту з металевою поверхнею, з метою зменшення небезпеки ураження електричним струмом, слід дотримуватись таких заходів:
1. Надійна ізоляція всіх, проводів, пов’язаних з живленням джерела струму і
зварювальної дуги, заземлення корпусів зварювальних апаратів. Заземленню
підлягають: корпуси джерел живлення, апаратного ящика, допоміжне електричне
обладнання. Переріз заземлювальних проводів повинна бути не менше 25 мм2 .
Підключенням, відключенням та ремонтом зварювального обладнання займається
тільки черговий електромонтер. Зварювальникам забороняється виконувати ці
роботи.
2. Застосування в джерелах живлення автоматичних вимикачів високої напруги, які
в момент холостого ходу розривають зварювальний ланцюг і подають на утримувач
напруга 12 В.
3. Надійний пристрій електродотримача з гарною ізоляцією, яка гарантує, що не
буде випадкового контакту струмоведучих частин електродотримача зі зварюваних
виробом або руками зварника. Електродотримачі повиненні мати високу механічну міцність і витримувати не менше 8000 затисків електродів.
4.Работа у справному сухому спецодязі і рукавицях. При роботі в тісних відсіках і
замкнутих просторах обов’язково використання гумових калош і килимків, джерел
освітлення з напругою понад 6-12 В.